Un fil auto-réparateur dynamiquement stable basé sur un couplage mécanique-électrique

Les fils hautement flexibles et conducteurs jouent un rôle crucial dans l’intégration et l’application des appareils portables. Cependant, les contraintes et déformations fréquentes en utilisation pratique sont susceptibles de provoquer des dommages structurels à ces fils, conduisant à la défaillance de l’ensemble du module. Les fils auto-réparateurs sont capables de récupérer leurs propriétés mécaniques et électriques lorsqu’ils subissent des dommages structurels, ce qui offre une solution prometteuse à ce problème.

Cependant, les applications pratiques des fils auto-réparables sont entravées par la résistance électrique très fluctuante dans des conditions dynamiques telles que la flexion, la pression, l’étirement et les tremblements, ce qui réduit considérablement la précision de la surveillance continue des dispositifs portables interconnectés.

Pour surmonter ces goulots d’étranglement, une équipe de recherche dirigée par le professeur Hao Sun de l’Université Jiao Tong de Shanghai a développé une nouvelle famille de fils auto-réparateurs dynamiquement stables basés sur un couplage mécanique-électrique, inspiré des liaisons hydrogène et des forces de van der Waals. interaction entre le noyau de l’axone et la coquille de myéline dans l’axone myélinisé. L’équipe a utilisé la chimie supramoléculaire pour améliorer la résistance à la traction (35 à 73 MPa) des fils auto-réparables, qui ont montré une bonne adéquation avec les fibres textiles courantes (28 à 74 MPa).

Plus important encore, l’effet de couplage mécanique-électrique basé sur l’hydrogène et les liaisons de coordination entre les composants structurels (polymère auto-réparateur) et conducteurs (métal liquide GaInSn) avaient considérablement amélioré la stabilité électrique des fils auto-réparateurs dans divers environnements dynamiques. Par exemple, le changement de résistance de ces fils auto-réparables était inférieur à 0,7 ohm à une contrainte élevée de 500 %, et la résistance électrique était augmentée de moins de 5 % dans diverses conditions dynamiques telles que le pliage, le pressage, le nouage et le lavage. .

Ces fils sont prometteurs pour les applications portables en raison de leurs excellentes propriétés mécaniques, électriques et dynamiques. Par exemple, une plate-forme intégrée de soins de santé pourrait être fabriquée, composée de capteurs de température, de pouls et de K+, d’une unité de microcontrôleur, d’un module Bluetooth et d’une batterie lithium-ion, interconnectés à l’aide de ces fils auto-réparateurs, qui présentaient une fluctuation négligeable de la résistance électrique de 3 à 4 % sous martelage, pressage et étirement, même après rupture et cicatrisation.

De plus, il a permis une surveillance stable et précise des activités humaines, même dans le cas de tremblements des membres provoqués par une simulation de la maladie de Parkinson. Ces résultats ont montré l’importance de la stabilité dynamique élevée des fils auto-réparateurs qui garantissaient un fonctionnement fiable des dispositifs portables interconnectés.

« Nous avons besoin de fils auto-réparateurs capables de maintenir leur résistance électrique dans des conditions dynamiques, ce qui est essentiel pour garantir la précision et la fiabilité des dispositifs portables interconnectés dans des applications pratiques. Dans nos tentatives pour atteindre cet objectif, nous remarquons que le système nerveux peut transmettre de manière fiable les potentiels d’action neuronaux, même sous de graves déformations, ce qui nous incite à proposer le mécanisme de « couplage mécanique-électrique », en mettant l’accent sur l’amélioration de l’interaction interfaciale.

« Nous innovons donc dans les matériaux polymères auto-réparateurs via la chimie supramoléculaire pour induire une forte interaction avec le métal liquide GaInSn, obtenant ainsi des fils auto-réparateurs dynamiquement stables qui profitent à des scénarios portables pratiques », a déclaré le professeur Hao Sun.

« Dans une perspective plus large, notre « couplage mécanique-électrique » peut devenir une stratégie générale pour améliorer la stabilité dynamique de divers matériaux et dispositifs flexibles, et bénéficier à une variété d’applications telles que les soins de santé portables, la robotique intelligente et l’électronique implantable.