Graphène fabriqué avec des lasers pour appareils de santé portables

Le graphène - des atomes de carbone disposés de manière hexagonale dans une seule couche avec une flexibilité supérieure et une conductivité élevée - pourrait avoir un impact sur le développement de futurs dispositifs de détection de mouvement, de détection tactile et de surveillance de la santé.

Plusieurs substances peuvent être converties en carbone pour créer du graphène par rayonnement laser. Appelé graphène induit par laser (LIG), le produit résultant peut avoir des propriétés spécifiques déterminées par le matériau d'origine. Des échantillons de polyimide, un type de plastique, ont été irradiés par balayage laser. Les chercheurs ont fait varier la puissance, la vitesse de balayage, le nombre de passages et la densité des lignes de balayage pour voir comment différents paramètres du processus de traitement au laser créent différentes nanostructures.

Les chercheurs ont découvert que des niveaux de puissance inférieurs, de 7,2 watts à environ 9 watts, entraînaient la formation d'une mousse poreuse avec de nombreuses couches ultrafines. Cette mousse LIG présentait une conductivité électrique et une bonne résistance aux dommages causés par la chaleur, deux propriétés utiles dans les composants d'appareils électroniques.

L'augmentation de la puissance d'environ 9 watts à 12,6 watts a changé le modèle de formation LIG de la mousse aux faisceaux de petites fibres. Ces faisceaux ont augmenté de diamètre avec une puissance laser accrue, tandis qu'une puissance plus élevée a favorisé la croissance en forme de toile d'un réseau de fibres. La structure fibreuse a montré une meilleure conductivité électrique que la mousse. Cette performance accrue, combinée à la forme de la fibre, pourrait ouvrir des possibilités pour les dispositifs de détection. Tant que la fibre est conductrice, elle peut être utilisée comme échafaudage; des modifications ultérieures sur la surface pourraient activer un certain nombre de capteurs tels qu'un capteur de glucose sur la peau ou un détecteur d'infection pour les plaies.

La variation de la vitesse de balayage laser, de la densité et des passes pour le LIG formé à différentes puissances a également influencé la conductivité et les performances ultérieures. Une plus grande exposition au laser a entraîné une conductivité plus élevée, mais a finalement chuté en raison d'une carbonisation excessive due à la combustion.

L'équipe a conçu, fabriqué et testé un capteur de pression LIG flexible. Pour la première conception, ils ont pris en sandwich une fine couche de mousse LIG entre deux couches de polyimide contenant des électrodes en cuivre. Lorsqu'une pression était appliquée, le LIG produisait de l'électricité. Les vides dans la mousse réduisaient le nombre de voies de circulation de l'électricité, facilitant la localisation de la source de pression, et semblaient améliorer la sensibilité aux touches délicates.

Cette conception, lorsqu'elle est attachée au dos de la main ou du doigt, détecte les mouvements de flexion et d'étirement de la main ainsi que les ondes de percussion, de marée et diastoliques caractéristiques du rythme cardiaque. Cette lecture du pouls pourrait être combinée à une lecture d'électrocardiogramme pour obtenir des mesures de la pression artérielle sans brassard.

Dans la seconde conception, les chercheurs ont incorporé des nanoparticules dans la mousse LIG. Ces minuscules sphères de bisulfure de molybdène, un semi-conducteur qui peut agir comme conducteur et isolant, ont amélioré la sensibilité et la résistance de la mousse aux forces physiques. Cette conception était également résistante à une utilisation répétée, affichant des performances presque identiques avant et après près de 10 000 utilisations.