Révolutionner la technologie portable : électronique d'impression sur place pour les tatouages personnalisés par biocapteur

École d'ingénierie Pratt de l'Université Duke, Durham, Caroline du Nord

Une technique entièrement imprimée sur place pour l'électronique pourrait permettre des technologies telles que des tatouages et des bandages électroniques intégrés à haute adhérence avec des biocapteurs spécifiques au patient.

Deux fils électroniquement actifs imprimés directement sous le petit doigt allument avec succès une LED lorsqu'une tension est appliquée.

Les tatouages électroniques conventionnels sont des morceaux de caoutchouc minces et flexibles qui contiennent des composants électriques tout aussi flexibles. Le film mince adhère à la peau un peu comme un tatouage temporaire et les premières versions de l'électronique flexible ont été conçues pour contenir des moniteurs d'activité cardiaque et cérébrale et des stimulateurs musculaires. Il existe certains domaines dans lesquels ils ne sont pas bien adaptés, par exemple lorsqu'une modification directe d'une surface en ajoutant des composants électroniques personnalisés est nécessaire.

Les chercheurs ont développé une nouvelle encre contenant des nanofils d'argent qui peuvent être imprimés sur n'importe quel substrat à basse température avec une imprimante aérosol. Il donne un film mince qui conserve sa conductivité sans aucun traitement supplémentaire. Après avoir été imprimée, l'encre sèche en moins de deux minutes et conserve ses hautes performances électriques même après avoir subi une contrainte de flexion de 50 % plus de 1 000 fois.

Lors d'une démonstration, deux pistes électroniquement actives ont été imprimées sous le petit doigt. Vers le bout du doigt, les fils sont connectés à une petite lumière LED. Une tension est ensuite appliquée au bas des deux fils imprimés, ce qui fait que la LED reste allumée même lorsque le doigt se plie et bouge.

L'encre conductrice peut être combinée avec deux autres composants imprimables pour créer des transistors fonctionnels. L'imprimante dépose d'abord une bande semi-conductrice de nanotubes de carbone. Une fois séché et sans retirer le substrat en plastique ou en papier de l'imprimante, deux fils de nanofils d'argent s'étendant sur plusieurs centimètres de chaque côté sont imprimés. Une couche diélectrique non conductrice d'un matériau bidimensionnel (nitrure de bore hexagonal) est ensuite imprimée sur la bande semi-conductrice d'origine, suivie d'une électrode de grille finale en nanofils d'argent.

Avec les technologies actuelles, au moins une de ces étapes nécessiterait le retrait du substrat pour un traitement supplémentaire, comme un bain chimique pour rincer les matières indésirables, un processus de durcissement pour garantir que les couches ne se mélangent pas, ou une cuisson prolongée pour éliminer les traces de matière organique pouvant interférer avec les champs électriques. La technique d'impression sur place ne nécessite aucune de ces étapes et, malgré la nécessité pour chaque couche de sécher complètement pour éviter de mélanger les matériaux, elle peut être réalisée à la température de traitement globale la plus basse rapportée à ce jour.

La méthode d'impression ne remplace pas les processus de fabrication à grande échelle de produits électroniques portables, mais présente une valeur pour des applications telles que le prototypage rapide ou pour les bandages contenant des biocapteurs.

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