Graphène induit par laser : révolutionner la technologie de santé portable

Le graphène — atomes de carbone disposés hexagonalement en une seule couche avec une souplesse 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 varié 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 laser créent différentes nanostructures.

Les chercheurs ont découvert que des niveaux de puissance plus bas, de 7,2 watts à environ 9 watts, résultaient en la formation d'une mousse poreuse avec de nombreuses couches ultrafines. Cette mousse LIG présentait une conductivité électrique et une résistance raisonnable aux dommages thermiques — deux propriétés utiles dans les composants de dispositifs électroniques.

L'augmentation de la puissance d'environ 9 watts à 12,6 watts a changé le motif de formation du LIG de mousse à des faisceaux de petites fibres. Ces faisceaux grandissaient en diamètre avec l'augmentation de la puissance laser, tandis qu'une puissance plus élevée favorisait la croissance en réseau de fibres en toile. La structure fibreuse montrait 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 permettre un certain nombre de capteurs tels qu'un capteur de glucose sur la peau ou un détecteur d'infection pour les plaies.

Varier la vitesse de balayage laser, la densité et les passages pour le LIG formé à différentes puissances a également influencé la conductivité et la performance subséquente. Plus d'exposition au laser résultait en une conductivité plus élevée mais finissait par chuter en raison de l'excès de carbonisation par combustion.

L'équipe a conçu, fabriqué et testé un capteur de pression flexible LIG. Pour le premier design, ils ont placé une fine couche de mousse LIG entre deux couches de polyimide contenant des électrodes en cuivre. Lorsque la pression était appliquée, le LIG générait de l'électricité. Les vides dans la mousse réduisaient le nombre de chemins pour que l'électricité voyage, la rendant plus facile à localiser la source de pression, et semblait améliorer la sensibilité aux touches délicates.

Ce design, lorsqu'il est attaché au dos de la main ou au doigt, détectait les mouvements de flexion et d'étirement de la main ainsi que les ondes caractéristiques de percussion, de marée et diastoliques du rythme cardiaque. Cette lecture de pouls pourrait être combinée avec une lecture d'électrocardiogramme pour produire des mesures de pression artérielle sans brassard.

Dans le second design, les chercheurs ont incorporé des nanoparticules dans la mousse LIG. Ces minuscules sphères de disulfure de molybdène, un semi-conducteur qui peut agir comme conducteur et isolant, ont amélioré la sensibilité de la mousse et sa résistance aux forces physiques. Ce design était également résistant à l'utilisation répétée, montrant une performance presque identique avant et après près de 10 000 utilisations.