Publié par : La société solidaire et durable | novembre 9, 2016

Des ingénieurs développent une nouvelle encre magnétique pour imprimer des appareils qui s’auto réparent en un temps record !


Chers lecteurs,

Une équipe d’ingénieurs de l’Université de Californie à San Diego a développé une encre magnétique qui peut être utilisée pour fabriquer des batteries, des capteurs électrochimiques et même des circuits électriques portables et à  base de textile, qui tous s’auto-réparent !

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L’ingrédient clé de l’encre correspond à des microparticules orientées dans une certaine configuration par un champ magnétique. En raison de la façon dont elles sont orientés, les particules des deux côtés d’une déchirure sont magnétiquement attirées les unes par les autres, ce qui provoque l’auto-réparation du dispositif imprimé avec l’encre. Les appareils réparent des déchirures larges de 3 millimètres- un record dans le domaine des systèmes d’auto-réparation.

Les chercheurs détaillent leurs conclusions dans le numéro du 2 Novembre de Science Avances.

«Notre travail est très prometteur pour les applications pratiques répandues pour les appareils électroniques imprimés sur le long terme», a déclaré Joseph Wang, directeur du Centre des capteurs portables et président du département de nano-ingénierie de l’UC San Diego.

Les matériaux auto-cicatrisants existants nécessitent un déclencheur externe pour amorcer le processus de réparation. Ils prennent également entre quelques minutes à plusieurs jours pour faire le travail. En revanche, le système mis au point par Joseph Wang et ses collègues ne nécessite aucun catalyseur extérieur pour fonctionner. Le dommage est réparé en environ 50 millisecondes (0.05 secondes).

Les ingénieurs ont utilisé l’encre pour imprimer des piles, des capteurs électrochimiques et des circuits électriques textiles portables (voir vidéo). Ensuite, ils ont commencé à endommager ces dispositifs en les coupant et en les séparant pour créer des écarts de plus en plus larges. Les chercheurs ont plusieurs fois endommagé les appareils neuf fois au même endroit. Ils ont également infligé des dégâts en quatre endroits différents sur le même appareil. Les dispositifs se réparaient encore et récupéraient leur fonction tout en perdant un minimum de conductivité.

Par exemple, les nano-ingénieurs ont imprimé un circuit auto cicatrisant sur la manche d’un T-shirt et l’ont connecté avec une lampe LED et à une batterie bouton. Les chercheurs ont ensuite coupé le circuit et le tissu sur lequel il a été imprimé. À ce moment-là, la LED s’est éteinte. Mais en quelques secondes, elle a commencé à se rallumer à mesure que les deux côtés du circuit se sont réunis à nouveau et réparés eux-mêmes, restaurant la conductivité.

« Nous voulions développer un système intelligent avec des capacités d’auto-réparation impressionnantes avec des matériaux faciles à trouver et peu coûteux », a déclaré Amay Bandodkar, l’un des premiers auteurs des articles, qui a obtenu son doctorat dans le laboratoire de JosephWang et qui est maintenant chercheur postdoctoral à l’Université Northwestern.

La fabrication

Le groupe de recherche de Joseph Wang est un chef de file dans le domaine des capteurs portables imprimés, de sorte que son équipe de nano-ingénieurs s’est naturellement tournée vers l’encre comme point de départ de leur système d’auto-réparation.

Les ingénieurs ont chargé l’encre avec des microparticules faites d’un type d’aimant couramment utilisé dans la recherche et fait de néodyme, un métal souple et argenté. Le champ magnétique des particules est beaucoup plus grand que leur taille individuelle. C’est la clé des propriétés d’auto-réparation de l’encre, car l’attraction entre les particules conduit à refermer les déchirures de plusieurs millimètres de large.

Les particules conduisent également l’électricité et sont peu coûteuses. Mais elles ont de mauvaises propriétés électrochimiques, ce qui les rend difficiles à utiliser dans les dispositifs électrochimiques, tels que des capteurs, seuls. Pour remédier à ce problème, les chercheurs ont ajouté du noir de carbone à l’encre, un matériau couramment utilisé pour fabriquer des piles et des capteurs.

Mais les chercheurs ont constaté que les champs magnétiques des microparticules, lorsqu’ils étaient dans leur configuration naturelle, s’annulaient mutuellement, ce qui les privait de leurs propriétés curatives. Les ingénieurs ont résolu cela en imprimant l’encre en présence d’un champ magnétique externe, qui s’est assuré que les particules se sont orientées elles-mêmes pour se comporter comme un aimant permanent avec deux pôles opposés à l’extrémité de chaque dispositif imprimé. Lorsque l’appareil est coupé en deux, les deux pièces endommagées agissent comme des aimants différents qui s’attirent mutuellement et se réparent.

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À l’avenir, les ingénieurs envisagent de fabriquer des encres différentes avec des ingrédients différents pour un large éventail d’applications. En outre, ils envisagent de développer des simulations informatiques pour tester différentes recettes d’encre auto réparatrice « in silico » (1) avant de les essayer dans le laboratoire.

1) In silico (dont la traduction littérale en français est en silice) est un néologisme d’inspiration latine désignant une recherche ou un essai effectué au moyen de calculs complexes informatisés ou de modèles informatiques. Cette expression est surtout utilisée dans les domaines de la génomique et la bioinformatique.

Source :   http://www.infohightech.com   http://ucsdnews.ucsd.edu/

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