Utilisation d’un métal liquide solidifié pour construire une électronique flexible 3D

Utilisation d'un métal liquide solidifié pour construire une électronique flexible 3D

Électronique flexible préparée à l’aide d’un fil solide Ga-10In structuré en 3D : matrice de LED flexible avec interconnexions arquées (i), capteur de détection de mouvement de doigt structuré en 3D portable (ii) et carte de circuit imprimé flexible multicouche (iii). Crédit : Li et al. (Nature Électronique, 2023).

Ces dernières années, les ingénieurs et les spécialistes des matériaux ont tenté d’identifier des matériaux particulièrement prometteurs pour créer une électronique flexible de différentes formes et tailles. En fin de compte, ces composants électroniques pourraient être intégrés dans des dispositifs portables (par exemple, des montres intelligentes et des dispositifs médicaux pour surveiller les signaux biologiques), des robots mous et d’autres systèmes.

Parmi les nombreux types de matériaux qui pourraient être utilisés pour fabriquer des composants électroniques extensibles figurent les métaux liquides à base d’alliages de gallium, qui sont essentiellement des mélanges de métaux comprenant du gallium. Les alliages de gallium liquide sont intrinsèquement fluides et hautement conducteurs, deux propriétés avantageuses pour la réalisation d’électronique souple ou souple.

Cependant, la construction de circuits tridimensionnels (3D) utilisant n’importe quel métal liquide s’est jusqu’à présent avérée difficile. Cela a fixé des limites aux structures possibles qui peuvent être créées à l’aide d’alliages de gallium liquide, entravant leur utilisation généralisée pour la création de dispositifs électroniques souples et extensibles.

Des chercheurs de l’Institut de technologie de Harbin et de l’Académie chinoise des sciences ont récemment fabriqué une électronique flexible avec des circuits 3D en utilisant un alliage gallium-indium liquide. Leur article, publié dans Électronique naturelleidentifie un alliage de gallium présentant des qualités appropriées pour développer une électronique flexible, notamment une transition de phase solide-liquide, une résistance mécanique et une bonne plasticité à l’état solide.

“Nous montrons qu’un alliage gallium-indium peut être utilisé pour fabriquer des composants électroniques flexibles avec des circuits 3D en exploitant la transition de phase solide-liquide et la déformation plastique du métal liquide”, ont écrit Guoqiang Li et ses collègues dans leur article.

Pour fabriquer des composants électroniques flexibles à l’aide de leur alliage gallium-indium, GadixDans, les chercheurs ont d’abord refroidi un échantillon en vrac de l’alliage à basse température. Ce processus leur a ensuite permis de façonner le matériau en fils et feuilles métalliques solides.

“Des fils d’alliage solides mais plastiquement déformables sont façonnés en circuits à basse température (moins de 15 degrés Celsius) et encapsulés dans un élastomère, avant d’être chauffés au-dessus de leur température de fusion”, expliquent Li et ses collègues dans leur article. “Par la suite, l’effet de surfusion permet à l’alliage de maintenir un état liquide dans une large gamme de températures, y compris en dessous du point de fusion.”

En encapsulant les structures préfabriquées en métal liquide dans un élastomère et en les chauffant à plus de 22,7 degrés Celsius, l’équipe s’est assurée que ces structures retrouvaient leur fluidité. Le processus a abouti à un métal liquide étirable qui conduit l’électricité et peut donc être utilisé pour créer des composants électroniques flexibles.

“Nous utilisons la technique pour fabriquer des capteurs de contrainte à haute sensibilité, des arcs d’interconnexion tridimensionnels pour intégrer un réseau de diodes électroluminescentes (LED), un capteur portable tridimensionnel et une carte de circuit imprimé flexible multicouche pour surveiller le mouvement des doigts”, a déclaré le les chercheurs ont écrit dans leur article.

Lors des premiers tests, les structures en alliage créées par Li et ses collègues se sont révélées très avantageuses pour le développement de l’électronique flexible. Pour démontrer leurs applications potentielles en électronique, l’équipe a utilisé ces structures pour créer divers composants électroniques, notamment un capteur de contrainte, des interconnexions pour l’intégration de LED et un système électronique pour surveiller les mouvements des doigts.

À l’avenir, la nouvelle stratégie proposée pour créer une électronique flexible à base d’alliage de gallium-indium pourrait être utilisée pour fabriquer des structures de métal liquide similaires à base d’autres alliages et matériaux. De plus, les structures en alliage créées par Li et ses collègues pourraient bientôt être utilisées pour fabriquer des composants électroniques extensibles, y compris des composants pour des appareils portables et des systèmes robotiques mous.

Plus d’information:
Guoqiang Li et al, Électronique flexible tridimensionnelle utilisant du métal liquide solidifié à plasticité régulée, Électronique naturelle (2023). DOI : 10.1038/s41928-022-00914-8.

© 2023 Réseau Science X

Citation: Utilisation d’un métal liquide solidifié pour construire une électronique flexible 3D (2023, 23 février) récupéré le 23 février 2023 sur https://techxplore.com/news/2023-02-solidified-liquid-metal-3d-flexible.html

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