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17 april 2016 | La Revue POLYTECHNIQUE 04/2016 | Électronique

Des circuits électriques élastiques, minces et extensibles

Sarah Perrin*

Des chercheurs de l’EPFL ont créé des pistes électriques déformables et étirables jusqu’à quatre fois leur longueur. Elles notamment pourraient servir à la réalisation de peaux artificielles, de vêtements connectés ou de capteurs corporels.
Les pistes électriques sont traditionnellement imprimées en dur sur des cartes. Celles qui ont récemment été développées à l’EPFL sont bien différentes: aussi souples que du caoutchouc, on peut les étirer jusqu’à quatre fois leur longueur et dans toutes les directions, et ceci un million de fois sans les fracturer et surtout sans que la conductivité électrique ne soit interrompue. Cette invention fait l’objet d’une publication dans la revue Advanced Materials.

 
Ce circuit a un seuil de fusion très bas, moins de 30 °C: Il fond dans la main et, grâce à un phénomène de surfusion, reste ensuite liquide à température ambiante, voire plus basse.
 
Une multitude de possibilités d’application

Alliant solidité et souplesse, ce nouveau film métallique, en partie liquide, offre un large éventail d’applications possibles. Il devrait permettre l’élaboration de circuits étirables et déformables, notamment des peaux artificielles pour prothèses ou machines robotiques. Intégré à des tissus, on pourrait l’utiliser 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 contrôle de certaines fonctions biologiques.
«On peut imaginer toutes sortes d’utilisations sur des formes complexes, en mouvements ou évoluant au cours du temps», relève Hadrien Michaud, doctorant au Laboratoire d’interfaces bioélectroniques souples (LSBI), qui est 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.
 
Structure microscopique du circuit, avec pistes conductrices en alliage biphasique or-gallium.
 
Fins et fiables

En raison de la grande tension superficielle de certains de ces métaux liquides, les expériences menées jusqu’à aujourd’hui 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 réaliser des connexions très fines, de quelques centaines de nanomètres d’épaisseur, et particulièrement fiables», précise Stéphanie Lacour, titulaire de la 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 d’excellentes propriétés électriques, mais également un point de fusion très bas, de 29,8 °C», 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.

Pour plus d’informations:
Vidéo: https://youtu.be/YG0_kbqY6JU
Stéphanie Lacour, EPFL-LSBI – stephanie.lacour@epfl.ch – Tél.: 021 693 11 81
Hadrien Michaud, EPFL-LSBI – hadrien.michaud@epfl.ch – Tél.: 021 693 67 35
Arthur Hirsch, EPFL-LSBI – arthur.hirsch@epfl.ch – Tél.: 021 693 67 35
Aaron Powers, EPFL-LSBI – aaron.gerratt@epfl.ch – Tél.: 021 693 67 35
 
EPFL – LSBI

1015 Lausanne
Tél.: 021 693 67 35
http://lsbi.epfl.ch/page-56203.html
 

* Rédactrice scientifique, EPFL