Pistes électriques déformables et étirables
Les pistes électriques sont traditionnellement imprimées en dur sur des cartes. Celles qui ont été développées à l’EPFL sont aussi souples que du caoutchouc et peuvent être étirées jusqu’à quatre fois leur longueur d’origine dans toutes les directions. Les pistes peuvent être étirées un million de fois sans se fracturer et surtout sans que la conductivité électrique ne soit interrompue. Cette invention fait l’objet d’une publication dans la revue Advanced Materials.
Alliant solidité et souplesse, ce nouveau film métallique en partie liquide pourrait être utilisé pour un large panel d’applications. Il devrait permettre l’élaboration de circuits étirables et déformables, et donc des peaux artificielles pour prothèses ou machines robotiques. Intégré à des tissus, il pourrait aussi être utilisé pour la conception de vêtements connectés. Épousant facilement le relief et les mouvements du corps humain, il est pressenti pour la réalisation de capteurs dédiés au monitoring de certaines fonctions biologiques.
«On peut imaginer toutes sortes d’utilisations sur des formes complexes, en mouvements ou qui évoluent au cours du temps», relève Hadrien Michaud, doctorant au Laboratoire d’interfaces bioélectroniques souples (LSBI) et l’un des auteurs de l’étude.
Objet de nombreuses recherches, la réalisation de circuits électroniques élastiques est une véritable gageure, les composants utilisés traditionnellement pour la fabrication de circuits étant rigides par nature. L’utilisation de métaux liquides, intégrés en couche mince dans des supports de polymères aux propriétés élastiques, apparaît donc naturellement comme une piste prometteuse.
Fins et fiables
En raison de la grande tension de surface de certains de ces métaux liquides, les expériences menées jusque-là ne permettaient de réaliser que des structures relativement épaisses. «Grâce aux méthodes de déposition et de structuration que nous avons développées, il est possible de faire des connexions très fines, c’est-à-dire de quelques centaines de nanomètres d’épaisseur, et qui restent très fiables», précise Stéphanie Lacour, titulaire de Chaire Fondation Bertarelli de technologie neuroprosthétique et qui dirige le laboratoire.
En plus d’une technique de fabrication bien spécifique, le secret des chercheurs est d’avoir choisi les bons ingrédients, c’est-à-dire un alliage d’or et de gallium. «Ce dernier a non seulement de bonnes propriétés électriques, mais également un seuil de fusion très bas, soit à près de 30oC,» explique Arthur Hirsch, doctorant au LSBI et co-auteur de la recherche. « Il fond donc dans la main, et grâce à un phénomène de surfusion, il reste ensuite liquide à température ambiante, voire plus basse.» Quant à la couche d’or, elle permet de garantir l’homogénéité du métal, en évitant que le gallium, une fois en contact avec le polymère, ne forme un réseau de gouttelettes et donc un film discontinu et non conducteur.
*EPFL Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
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