L’équipe développe une technique pour imprimer des circuits sur des surfaces irrégulières avec des impulsions lumineuses

Circuits d'impression sur des surfaces irrégulières avec des impulsions lumineuses

Dirigée par Penn State, une équipe internationale de chercheurs a démontré une nouvelle méthode d’impression utilisant la lumière pulsée pour transférer un circuit électronique à un coquillage, comme le montre cette illustration. Crédit : Jennifer McCann / Penn State

L’électronique imprimable pourrait provoquer une prolifération d’appareils intelligents et connectés, des appareils ménagers pouvant communiquer entre eux aux capteurs de diagnostic médical pouvant être placés sur le corps pour éviter les procédures invasives. Mais la variété des surfaces d’impression pose un défi, car une méthode utilisée pour imprimer sur un objet plat peut ne pas être sûre pour une utilisation sur la peau humaine ou applicable pour des textures et des formes complexes.

Dirigée par Penn State, une équipe internationale de chercheurs a mis au point une technique de transfert de chaleur à faible coût et à faible coût qui peut imprimer des composants électroniques biodégradables sur une variété de géométries complexes et, potentiellement, sur la peau humaine. Ils ont publié leurs conclusions aujourd’hui dans Matériaux aujourd’hui.

« Nous essayons de permettre la fabrication directe de circuits sur des géométries 3D de forme libre », a déclaré Huanyu « Larry » Cheng, professeur de développement de carrière Dorothy Quiggle au département des sciences de l’ingénieur et de la mécanique (ESM) de Penn State. « L’impression sur des objets compliqués peut permettre un futur Internet des objets où des circuits peuvent connecter divers objets autour de nous, qu’il s’agisse de capteurs de maison intelligente, de robots effectuant des tâches complexes ensemble ou d’appareils placés sur le corps humain. »

Pour commencer le processus d’impression, les chercheurs ont recouvert un film mince d’une encre à base de nanoparticules de zinc. Ce film mince a été attaché à un revêtement semblable à un pochoir sur la surface cible. Les chercheurs ont ensuite pulsé une lumière au xénon à haute énergie à travers le film. En quelques millisecondes, l’énergie de cette lumière a suffisamment excité les particules pour les transférer sur la nouvelle surface à travers le pochoir. Et cette nouvelle surface, avec cette méthode, pourrait être de forme complexe : les objets imprimés dans l’expérience comprenaient un bécher en verre et un coquillage. Le zinc transféré formait un circuit électronique conducteur qui pouvait être adapté pour être utilisé comme capteur ou antenne.

La méthode, comparée à d’autres techniques d’impression électronique, est beaucoup plus rapide et rentable car elle n’utilise pas d’équipement coûteux comme des chambres à vide qui nécessitent des heures de fonctionnement pour atteindre la pression appropriée, a déclaré Cheng. Il peut aussi être plus durable.

« Notre électronique est mise à niveau tous les deux ans environ, ce qui crée une énorme quantité de déchets électroniques », a déclaré Cheng. « Quand nous regardons vers l’avenir, si nos appareils électroniques sont suffisamment écologiques pour être jetés dans les toilettes, leur utilisation sera bien meilleure pour l’environnement. »

Ce facteur de biodégradabilité améliore également la sécurité de tels dispositifs. L’électronique conventionnelle à base de silicium peut être sécurisée avec un logiciel de cryptage, mais une électronique biodégradable va encore plus loin en matière de sécurité.

« Si votre appareil n’est crypté qu’avec un logiciel, il peut toujours être craqué et il y a une fuite potentielle d’informations », a déclaré Cheng. « Ce dispositif biodégradable peut être physiquement détruit afin que les données ne puissent pas être récupérées ; il présente une opportunité unique qui ne peut pas être traitée par les dispositifs traditionnels en silicium. »

L’équipe a également exploré des options pour convertir les circuits imprimés de zinc biodégradable en circuits permanents. Les chercheurs ont immergé les surfaces imprimées dans des solutions contenant du cuivre ou de l’argent. Grâce à un processus de remplacement chimique, les circuits à base de zinc sont devenus à base d’argent ou de cuivre, permettant une utilisation à plus long terme du circuit.

À l’avenir, l’équipe prévoit d’étudier des moyens de rendre le processus d’impression plus convivial pour la fabrication à grande échelle. L’optimisation de la procédure d’impression, ainsi que l’impression sur peau pour les applications de surveillance de la santé, seront également une priorité.

Parmi les autres contributeurs à cette étude, citons Ning Yi, affilié au Penn State Department of Materials Science and Engineering ; Yuyan Gao, Antonino Lo Verso Jr., Daniel Erdely et Jia Zhu avec ESM ; Cuili Xue avec l’Université Jiao Tong de Shanghai ; et Robert Lavelle du Laboratoire de recherche appliquée de Penn State.


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Plus d’information:
Ning Yi et al, Fabrication de circuits fonctionnels sur des surfaces de forme libre 3D via un transfert de masse de zinc induit par la lumière pulsée intense, Matériaux aujourd’hui (2021). DOI : 10.1016/j.mattod.2021.07.002

Fourni par l’Université d’État de Pennsylvanie

Citation: L’équipe développe une technique pour imprimer des circuits sur des surfaces irrégulières avec des impulsions lumineuses (2021, 5 août) récupéré le 5 août 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-08-team-technique-circuits-irregular-surfaces.html

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