Une méthode d’assemblage par flotteur permet la fabrication de nanomembranes hautement conductrices, extensibles et ultrafines —

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  • Les « électroniques de la peau » sont des composants électroniques minces et flexibles qui peuvent être montés sur la peau. Bien que cela puisse sembler sortir de la science-fiction, il est prévu que ces appareils puissent bientôt servir de dispositifs de nouvelle génération avec un large éventail d’applications telles que la surveillance de la santé, le diagnostic de la santé, la réalité virtuelle et l’interface homme-machine.

    Comme il est prévu, la création de tels dispositifs nécessite des composants souples et extensibles pour être mécaniquement compatibles avec la peau humaine. L’un des composants essentiels de l’électronique de la peau est un conducteur intrinsèquement extensible qui transmet les signaux électriques entre les appareils. Pour un fonctionnement fiable et des performances de haute qualité, un conducteur extensible doté d’une épaisseur ultrafine, d’une conductivité semblable à un métal, d’une extensibilité élevée et d’une facilité de modelage est requis. Malgré des recherches approfondies, il n’était pas encore possible de développer un matériau qui possède toutes ces propriétés simultanément, du fait qu’elles ont souvent des compromis entre elles.

    Dirigé par le professeur HYEON Taeghwan et KIM Dae-Hyeong, des chercheurs du Center for Nanoparticle Research au sein de l’Institute for Basic Science (IBS) à Séoul, la Corée du Sud a dévoilé une nouvelle méthode pour fabriquer un matériau composite sous forme de nanomembrane, qui vient avec toutes les propriétés mentionnées ci-dessus. Le nouveau matériau composite se compose de nanofils métalliques qui sont étroitement emballés dans une monocouche dans un film de caoutchouc ultrafin.

    Ce nouveau matériau a été fabriqué à l’aide d’un processus que l’équipe a développé appelé « méthode d’assemblage par flotteur ». L’assemblage du flotteur profite de l’effet Marangoni, qui se produit en deux phases liquides avec des tensions superficielles différentes. Lorsqu’il y a un gradient de tension superficielle, un flux de Marangoni est généré loin de la région avec une tension superficielle inférieure vers la région avec une tension superficielle plus élevée. Cela signifie que laisser tomber un liquide avec une tension superficielle plus faible sur la surface de l’eau abaisse la tension superficielle localement, et le flux de Marangoni résultant provoque la dispersion du liquide tombé à la surface de l’eau.

    La nanomembrane est créée à l’aide d’une méthode d’assemblage par flotteur qui consiste en un processus en trois étapes. La première étape consiste à déposer une solution composite, qui est un mélange de nanofils métalliques, de caoutchouc dissous dans du toluène et d’éthanol, à la surface de l’eau. La phase toluène-caoutchouc reste au-dessus de l’eau en raison de sa propriété hydrophobe, tandis que les nanofils se retrouvent à l’interface entre les phases eau et toluène. L’éthanol contenu dans la solution se mélange à l’eau pour abaisser la tension superficielle locale, ce qui génère un flux de Marangoni qui se propage vers l’extérieur et empêche l’agrégation des nanofils. Celui-ci assemble les nanomatériaux en une monocouche à l’interface entre l’eau et un film caoutchouc/solvant très fin. Dans la deuxième étape, le tensioactif est lâché pour générer une deuxième vague de flux de Marangoni qui compacte étroitement les nanofils. Enfin, dans la troisième étape, le toluène est évaporé et une nanomembrane avec une structure unique dans laquelle une monocouche hautement compactée de nanofils est partiellement noyée dans un film de caoutchouc ultrafin.

    Sa structure unique permet une distribution efficace des contraintes dans un film de caoutchouc ultrafin, conduisant à d’excellentes propriétés physiques, telles qu’une extensibilité de plus de 1 000 % et une épaisseur de seulement 250 nm. La structure permet également le soudage à froid et l’empilement bicouche de la nanomembrane l’une sur l’autre, ce qui conduit à une conductivité de type métal supérieure à 100 000 S/cm. En outre, les chercheurs ont démontré que la nanomembrane peut être modelée à l’aide de la photolithographie, une technologie clé largement utilisée pour la fabrication de dispositifs commerciaux à semi-conducteurs et d’électronique de pointe. Par conséquent, on s’attend à ce que la nanomembrane puisse servir de nouveau matériau de plate-forme pour l’électronique de la peau.

    Les implications de cette étude peuvent aller bien au-delà du développement de l’électronique de la peau. Bien que cette étude ait présenté un matériau composite constitué de nanofils d’argent dans du caoutchouc styrène-éthylène-butylène-styrène (SEBS), il est également possible d’utiliser la méthode d’assemblage par flotteur sur divers nanomatériaux tels que les nanomatériaux magnétiques et les nanomatériaux semi-conducteurs, ainsi que d’autres types d’élastomères tels que le TPU et le SIS. Par conséquent, on s’attend à ce que l’assemblage du flotteur puisse ouvrir de nouveaux domaines de recherche impliquant divers types de nanomembranes avec différentes fonctions.

    Source de l’histoire :

    Matériaux fourni par Institut des sciences fondamentales. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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