La cause commune de l'échec d'un appareil électronique portatif est la désadaptation entre un composant électrique rigide et un matériau souple et flexible conforme aux mouvements du corps humain, qui se concentre sur le stress de la connexion entre les matériaux durs et doux, et maintenant les chercheurs ont créé Une nouvelle technologie de fabrication d'additifs à électrons doux, connue sous le nom de technologie d'impression hybride 3D, intègre des encres conductrices flexibles et des polyuréthanes thermoplastiques (TPU) avec des composants électroniques rigides dans un seul dispositif extensible que les chercheurs considèrent comme personnalisable , La première étape pour porter des produits électroniques, le coût est inférieur au matériel actuel, alors que la stabilité mécanique est également très bonne.
Un dispositif composé de 12 diodes électroluminescentes (LED) sur une feuille de polyuréthane thermoplastique à écran plat produit par impression hybride 3D a été plié à plusieurs reprises dans une forme cylindrique, mais l'intensité lumineuse de la LED n'a pas été réduite et le périphérique n'a pas semblé fonctionner mécaniquement. Image de Harvard University Alex Valentine, Lori K. Sanders et Jennifer Lewis.
Cette avancée majeure a été réalisée par Jennifer Lewis Labs de l'Institut d'ingénierie Bio-Inspiré de Wisley de l'Université de Harvard et le Dr Daniel Berrigan de la Harvard John Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) et J. American Air Force Research Laboratory et Michael Durstock , Le communiqué de presse sur le site Web de l'Institut Wyss décrit ci-dessous décrit l'étude en détail, et le magazine Advanced Materials a publié un article sur l'étude.
Encre conductrice extensible Fabriqué en TPU avec une feuille de papier mélangée, imprimé avec des encres TPU et Silver-TPU pures pour créer le substrat souple sous-jacent et les électrodes conductrices, respectivement, et sera l'ingénieur de l'Institut Wyss, mais maintenant Alex Boston, un étudiant en médecine à l'École de médecine de l'Université de Boston Parce que le substrat et l'électrode contiennent du TPU, lorsqu'ils sont imprimés sur les couches, avant leur forte adhérence avant de sécher ensemble, le solvant s'évapore, les deux types d'encre seront durcies pour former un étirable et étirable Système intégré.
Le processus d'impression fait que les flocons d'argent dans l'encre conductrice s'auto-alignent le long de la direction d'impression de sorte que leurs côtés plats en forme de plaque soient empilés les uns sur les autres, tels que des pales superposées sur les terres forestières. Cette structure est alignée pour améliorer la conduction le long de l'électrode imprimée Capacité de puissance, a déclaré le Dr Will Boley: «Puisque l'encre et le substrat sont imprimés en 3D, nous pouvons contrôler complètement l'emplacement du motif de caractéristique conducteur et concevoir le circuit pour créer presque toutes les tailles et toutes les formes du dispositif électronique souple. Postdoctoral de Lewis Laboratory chez SEAS et coauteur de cet article.
Les chercheurs ont répondu aux changements de conductivité (c'est-à-dire comment ils ont été détectés) par le capteur doux constitué du matériau conducteur au moment de l'étirage, associé à la puce microcontrôleur programmable pour traiter les données expérimentales et transmettre les données sous une forme compréhensible par l'homme. Pour ce faire, les chercheurs combinent le capteur doux imprimé avec le processus de sélection et de placement numérique, qui applique un vide modeste à travers la buse d'impression vide pour retirer les composants électroniques et le placer sur la surface du substrat d'une manière programmable spécifique Le
Étant donné que ces composants électriques montés en surface sont intrinsèquement rigides et rigides, l'équipe utilise les propriétés d'adhérence du TPU avant de le fixer au substrat TPU souple sous-jacent, avec une petite encre TPU sous chaque composant. Une fois séché, Le point TPU ancre ces pièces rigides et distribue le stress dans toute la matrice, ce qui permet à l'appareil d'être étiré à 30% tout en maintenant la performance. Le dispositif composé de 12 diodes électroluminescentes (LED) sur une puce TPU plate réalisée selon cette méthode peut Flexion répétée pour le cylindre, sans provoquer la réduction de l'intensité de la lumière LED ou une défaillance mécanique de l'appareil.
En tant que simple preuve de concept, l'équipe a créé deux dispositifs électroniques souples pour démontrer la fonctionnalité complète de la technologie de fabrication d'additifs en imprimant les électrodes TPU et Silver-TPU sur le substrat textile et l'appliquant à travers la méthode de sélection et de mise en place Une puce de contrôleur et une LED de lecture pour produire un capteur de contrainte, le dispositif en forme de manchon portatif résultant représentant le degré de flexion de l'illuminateur à travers les LED de l'illuminateur à travers les électrodes de la couche conductrice des couches alternées par les couches alternées imprimées et la TPU isolante Pour former un second dispositif, c'est-à-dire un capteur de pression à la main gauche, pour former un condensateur sur un substrat TPU flexible, le motif déformé étant traité par un système de lecture électrique manuelle pour produire une image visuelle du pied lorsque les personnes mettent le pied sur le capteur.
Lorsque l'équipe optimise continuellement les matériaux et les méthodes, l'impression 3D mixte a été largement utilisée pour créer d'innombrables appareils électroniques. Lewis a déclaré: «Nous avons élargi la palette de matériaux électroniques imprimables et développé la plate-forme d'impression multi-matériaux programmable pour Pour réaliser la sélection numérique des composants électroniques.
"Cette nouvelle approche consiste à combiner l'Institut Wyss avec de nombreux autres laboratoires", a déclaré le Directeur fondateur de Wyss, professeur de biologie vasculaire à la Harvard Medical School et professeur de biologie vasculaire à l'Hôpital pour enfants de Boston et professeur de bioingénierie à Harvard SEAS. Un bon exemple du travail de collaboration interdisciplinaire est que nous construisons l'avenir en combinant la précision physique de l'impression 3D avec la programmation numérique des composants électroniques.
L'étude a été soutenue par le programme de professeur de Vannevar Bush, GETTYLAB et l'Institut Wyss de l'Université de Harvard à l'Agence de fabrication et de matériaux de laboratoire de recherche de l'Air Force et UES, le Bureau de recherche navale.