Une percée dans les capteurs portables ? Les ingénieurs du NCSU créent un matériau électronique extensible qui peut « respirer »

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RALEIGH – Des chercheurs en ingénierie ont créé un matériau électronique ultra fin et extensible, perméable aux gaz, permettant au matériau de « respirer ». Le matériau a été conçu spécifiquement pour être utilisé dans les technologies biomédicales ou portables, car la perméabilité aux gaz permet à la sueur et aux composés organiques volatils de s'évaporer de la peau, ce qui le rend plus confortable pour les utilisateurs, en particulier pour un port à long terme.

"La perméabilité aux gaz constitue une grande avancée par rapport aux composants électroniques extensibles antérieurs", déclare Yong Zhu, co-auteur d'un article sur les travaux et professeur de génie mécanique et aérospatial à l'Université d'État de Caroline du Nord. "Mais la méthode que nous avons utilisée pour créer le matériau est également importante car il s'agit d'un processus simple qui serait facile à étendre."

Plus précisément, les chercheurs ont utilisé une technique appelée méthode de la figure respiratoire pour créer un film polymère étirable présentant une répartition uniforme des trous. Le film est recouvert en le plongeant dans une solution contenant des nanofils d'argent. Les chercheurs pressent ensuite le matériau à chaud pour sceller les nanofils en place.

"Le film résultant présente une excellente combinaison de conductivité électrique, de transmission optique et de perméabilité à la vapeur d'eau", explique Zhu. "Et comme les nanofils d'argent sont intégrés juste sous la surface du polymère, le matériau présente également une excellente stabilité en présence de sueur et après une usure à long terme."

"Le résultat final est extrêmement fin – seulement quelques micromètres d'épaisseur", explique Shanshan Yao, co-auteur de l'article et ancien chercheur postdoctoral à NC State qui enseigne maintenant à l'Université Stony Brook. « Cela permet un meilleur contact avec la peau, donnant à l’électronique un meilleur rapport signal/bruit.

"Et la perméabilité aux gaz des appareils électroniques portables est importante pour bien plus que le simple confort", explique Yao. "Si un appareil portable n'est pas perméable aux gaz, il peut également provoquer une irritation cutanée."

Pour démontrer le potentiel d'utilisation du matériau dans l'électronique portable, les chercheurs ont développé et testé des prototypes pour deux applications représentatives.

Le premier prototype consistait en des électrodes sèches montables sur la peau et destinées à être utilisées comme capteurs électrophysiologiques. Ceux-ci ont de multiples applications potentielles, telles que la mesure des signaux d’électrocardiographie (ECG) et d’électromyographie (EMG).

"Ces capteurs étaient capables d'enregistrer des signaux avec une excellente qualité, comparable aux électrodes disponibles dans le commerce", explique Zhu.

Le deuxième prototype a démontré une détection tactile intégrée au textile pour les interfaces homme-machine. Les auteurs ont utilisé un manchon textile portable intégré aux électrodes poreuses pour jouer à des jeux informatiques tels que Tetris. La vidéo connexe peut être vue sur https://youtu.be/7AO_cq8A_BE

"Si nous voulons développer des capteurs portables ou des interfaces utilisateur pouvant être portés pendant une période de temps significative, nous avons besoin de matériaux électroniques perméables aux gaz", explique Zhu. "C'est donc un pas en avant significatif."

il papier, « Électronique épidermique perméable aux gaz, ultra fine et extensible avec électrodes poreuses » est publié dans la revue ACS Nano. Le premier auteur de l'article est Weixin Zhou, titulaire d'un doctorat. étudiant à l'Université des postes et télécommunications de Nanjing (NUPT) qui a travaillé sur le projet alors qu'il était chercheur invité à NC State. L'article a été co-écrit par Hongyu Wang, titulaire d'un doctorat. étudiant à NC State et par Qingchuan Du du NUPT. L'auteur co-correspondant de l'article est Yanwen Ma, professeur au NUPT.

Le travail a été réalisé avec le soutien de la National Science Foundation, sous le numéro de subvention CMMI-1728370.

(C) NCSU

Source originale de l’article : WRAL TechWire