Avancée clé pour les circuits d’impression sur les tissus portables –

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  • Les chemises électroniques qui gardent le porteur confortablement au chaud ou au frais, ainsi que les tissus médicaux qui administrent des médicaments, surveillent l’état d’une plaie et effectuent d’autres tâches, pourraient un jour être fabriqués plus efficacement grâce à une avancée clé des chercheurs de l’Oregon State University.

    La percée concerne l’impression jet d’encre et des matériaux à structure cristalline découverts il y a près de deux siècles. Le résultat est la possibilité d’appliquer des circuits, avec précision et à de basses températures de traitement, directement sur le tissu – une solution potentielle prometteuse au compromis de longue date entre les coûts de fabrication et les performances.

    “Beaucoup d’efforts ont été consacrés à l’intégration de capteurs, d’écrans, de sources d’alimentation et de circuits logiques dans divers tissus pour la création de textiles électroniques portables”, a déclaré Chih-Hung Chang, professeur de génie chimique à l’Oregon State. «L’un des obstacles est que la fabrication d’appareils rigides sur du tissu, dont la surface est à la fois poreuse et non uniforme, est fastidieuse et coûteuse, nécessite beaucoup de chaleur et d’énergie, et est difficile à mettre à l’échelle. Et d’abord mettre les appareils sur quelque chose solide, puis mettre ce substrat solide sur le tissu est également problématique – cela limite la flexibilité et la résistance à l’usure du tissu et peut également nécessiter des modifications lourdes dans le processus de fabrication du tissu lui-même. “

    Chang et ses collaborateurs du Collège d’ingénierie de l’OSU et de l’Université Rutgers ont relevé ces défis en proposant une encre stable et imprimable, à base de sels d’iodure de métal binaire, qui se transforme thermiquement en un composé dense de césium, d’étain et d’iode.

    Le film résultant de Cs2SnI6 a une structure cristalline qui en fait une pérovskite.

    Les pérovskites trouvent leurs racines dans une découverte il y a longtemps par un minéralogiste allemand. Dans les montagnes de l’Oural en 1839, Gustav Rose est tombé sur un oxyde de calcium et de titane avec une structure cristalline intrigante et l’a nommé en l’honneur du noble russe Lev Perovski.

    La pérovskite fait désormais référence à une gamme de matériaux qui partagent le réseau cristallin de l’original. L’intérêt pour eux a commencé à s’accélérer en 2009 après qu’un scientifique japonais, Tsutomu Miyasaka, ait découvert que certaines pérovskites sont des absorbeurs efficaces de lumière. Les matériaux à structure pérovskite à base d’un métal et d’un halogène tel que l’iode sont des semi-conducteurs, composants essentiels de la plupart des circuits électriques.

    Grâce au film de pérovskite, l’équipe de Chang a pu imprimer des thermistances à coefficient de température négatif directement sur du polyester tissé à des températures aussi basses que 120 degrés Celsius – juste 20 degrés plus haut que le point d’ébullition de l’eau.

    Une thermistance est un type de composant électrique connu sous le nom de résistance, qui contrôle la quantité de courant entrant dans un circuit. Les thermistances sont des résistances dont la résistance dépend de la température, et cette recherche impliquait des thermistances à coefficient de température négatif ou NTC – leur résistance diminue à mesure que la température augmente.

    “Un changement de résistance dû à la chaleur n’est généralement pas une bonne chose dans une résistance standard, mais l’effet peut être utile dans de nombreux circuits de détection de température”, a déclaré Chang. «Les thermistances NTC peuvent être utilisées dans pratiquement tous les types d’équipement où la température joue un rôle. Même de petits changements de température peuvent entraîner de grands changements dans leur résistance, ce qui les rend idéales pour une mesure et un contrôle précis de la température.

    La recherche, qui comprenait Shujie Li et Alex Kosek de l’OSU College of Engineering et Mohammad Naim Jahangir et Rajiv Malhotra de l’Université Rutgers, démontre la fabrication directe de thermistances NTC haute performance sur des tissus à la moitié de la température utilisée par l’état actuel de la- fabricants d’art, a déclaré Chang.

    “En plus de nécessiter plus d’énergie, les températures plus élevées créent des problèmes de compatibilité avec de nombreux tissus”, a-t-il déclaré. “La simplicité de notre encre, l’évolutivité du processus et les performances de la thermistance sont toutes prometteuses pour l’avenir des e-textiles portables.”

    La Walmart Manufacturing Innovation Foundation et la National Science Foundation ont soutenu cette étude. Les résultats ont été publiés dans Matériaux fonctionnels avancés.

    Source de l’histoire:

    Matériaux fourni par Université d’État de l’Oregon. Original écrit par Steve Lundeberg. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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