Peau électronique pouvant être guérie, entièrement recyclable

Technologies | 20 février 2018

Par eeNews Europe

FlexibleElectronics Sensing / Conditioning

Cette peau de détection tire sa recyclabilité des quatre ingrédients de base de sa chimie, trois composés disponibles dans le commerce (téréphtalaldéhyde, diéthylènetriamine et tris (2-aminoéthyl) amine) mélangés dans de l’éthanol et réticulation en polyimine. L’article «Peau électronique guérissable, entièrement recyclable et malléable grâce au nanocomposite thermodurcissable dynamique covalent» publié dans Science Advances explique comment la peau électronique peut être entièrement dépolymérisée et recyclée grâce à l’échange de liaisons réversibles entre ces différents composés dans certains environnements chimiques .

L’e-peau peut être entièrement recyclée dans une solution, ce qui donne
des oligomères / monomères dissous et AgNPs au fond.
La solution et les AgNPs peuvent ensuite être réutilisés
faire une nouvelle e-peau.

Contrairement aux matériaux thermodurcissables classiques qui ne peuvent pas être retraités, remodelés et recyclés à cause de leurs réseaux polymères fortement réticulés liés à des liaisons covalentes irréversibles, les liaisons dans la polyimine peuvent être rompues en solution et tous ses constituants d’origine recyclés. Tout ce qu’il faut, c’est tremper la peau électronique dans l’éthanol et la diéthylènetriamine. « L’équilibre stoechiométrique entre les groupes aldéhyde et amine (leur réaction formant la liaison imine) dans le réseau polyimine peut être perturbé par l’introduction d’un excès de groupes amine primaire libres (par exemple, excès de diamine monomère) », explique la dépolymérisation et montrant un échantillon de capteur e-peau étant dissous dans un tube à essai, avec les nanoparticules d’argent coulant vers le bas.

En boucle, les chercheurs prouvent qu’ils sont capables de réutiliser complètement la solution recyclée et les nanoparticules en ajoutant et en mélangeant simplement les deux autres composés (téréphtalaldéhyde, diéthylènetriamine et tris (2-aminoéthyl) amine)) dans des proportions stoechiométriques, avec deS nanoparticules D’argent supplémentaire . Après la polymérisation, la polyimine conductrice peut être utilisée pour fabriquer de nouveaux dispositifs.

En boucle, un film polyiminé conducteur reliant un simple circuit LED est en cours de recyclage. La LED s’éteint lorsque le polymère se décompose dans ses oligomères / monomères d’origine (en haut à droite). La solution recyclée est ensuite coulée dans une nouvelle boîte de Petri carrée (en bas à droite). Après la polymérisation, le film est conducteur et la LED s’allume (en bas à gauche).

La démonstration en boucle fermée réalisée à température ambiante a pris la forme d’un polymère conducteur dans une boîte de Pétri, complétant un simple circuit d’éclairage relié à une LED. Lorsque la solution de recyclage a été versée dans la boîte de Pétri, le polymère s’est décomposé et les nanoparticules se sont effondrées au fond de la boîte, la LED s’est éteinte. L’ajout des composés et des nanoparticules d’argent a abouti à une nouvelle polymérisation, donnant un film conducteur et une LED allumée.

La cicatrisation d’un dispositif fissuré consiste essentiellement à appliquer une goutte du mélange initial (dopé avec des AgNPs s’il y a une trace conductrice à réparer) sur la fissure et à la presser pour que les nouveaux oligomères / polymères croissent sur les surfaces cassées. Le résultat final est indiscernable de l’original, avec exactement les mêmes propriétés électriques.

A propos des capteurs

Sur cette e-peau recyclable, la détection tactile est basée sur le changement de capacité entre deux réseaux d’éléments conducteurs (en gris) séparés par un réseau de diélectriques en polymère (réseau en anneau violet sur l’illustration), afin que la force et la position puissent être détectées sur tout le réseau.

Une piste conductrice en forme de serpentin (en polyimine dopée AgNP) peut également être utilisée pour détecter la température (la résistance de la piste change linéairement avec la température entre 24 ° et 54 ° C). Avec une piste plus longue, l’humidité peut être détectée aussi. À mesure que les molécules d’eau diffusent dans le capteur, le réseau de polymère se dilate, ce qui entraîne une augmentation mesurable de la résistance du capteur.

Quant au capteur de débit d’eau, de forme très similaire au capteur de température, il peut détecter des débits compris entre 0 et 10 ml / s ( par l’effet de refroidissement du flux sur la résistance). Au-delà de 10 ml / s, sa résistance ne change plus avec l’augmentation du débit.

Les quatre capteurs étaient fabriqués à partir de structures serpentines, de sorte qu’ils s’adaptent de façon flexible à n’importe quelle forme lorsque leur substrat est légèrement chauffé et pressé. Le capteur tactile a été caractérisé avec une sensibilité de 0,0067 kPa-1 dans la gamme 0 à 14g, le capteur de température était sensible jusqu’à 0,17% ° C-1 avec une limite de détection inférieure à 60ºC et la sensibilité moyenne du capteur d’humidité était de 0,22 % par pourcentage avec une limite supérieure de détection d’environ 80 à 90%.
Cette peau électronique peut être facilement être appliquée sur des surfaces incurvées en appliquant une chaleur et une pression modérées, avec des structures serpentines adaptées pour minimiser l’influence des contraintes sur les performances des capteurs.

Selon les chercheurs, la recyclabilité d’une telle e-peau pourrait réduire considérablement les déchets électroniques et l’impact environnemental tout en réduisant potentiellement les coûts de fabrication pour une large gamme d’applications en robotique, prothèses, surveillance de la santé et dispositifs biomédicaux.