Capsules pour circuits d'auto-guérison

La chute d'un téléphone portable ou d'un ordinateur portable peut, bien entendu, causer des dommages irréparables. Maintenant, les chercheurs développent un matériau qui pourrait permettre à un circuit de réparer lui-même les dommages mineurs mais critiques causés par un tel impact.

Pansement électrique : Les capsules de polymère remplies de nanotubes de carbone peuvent restaurer la conductivité des circuits électriques lorsqu'elles sont déchirées. La suspension de nanotubes à l'intérieur des capsules est visible sur l'image au microscope optique ci-dessus ; l'image ci-dessous, à partir d'un microscope électronique à balayage, montre la surface des capsules de polymère.

Des capsules, remplies de nanotubes conducteurs, qui se déchirent sous la contrainte mécanique pourraient être placées sur des circuits imprimés dans des zones sujettes aux défaillances. Lorsque le stress provoque une fissure dans le circuit, certaines des capsules se rompent également et libèrent des nanotubes pour combler la rupture. Les chercheurs, de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, travaillent également sur des additifs pour capsules conçus pour remédier aux défaillances des électrodes des batteries lithium-ion, afin d'éviter les courts-circuits pouvant parfois provoquer un incendie.

Les recherches antérieures sur les matériaux auto-cicatrisants se sont principalement concentrées sur la restauration des propriétés mécaniques après un événement dommageable. Les chercheurs de l'Université de l'Illinois ont, par exemple, déjà fabriqué des revêtements auto-cicatrisants qui peuvent réparer les rayures et empêcher la corrosion sur les bateaux ou les châssis de voiture. Maintenant, le groupe a apporté les mêmes techniques au problème de la restauration des propriétés électroniques.

Nous voulons remédier aux pannes courantes des téléphones portables et autres appareils électroniques portables, déclare Paul Braun , professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université de l'Illinois qui dirige le projet de recherche avec Jeffrey Moore , professeur de chimie, de science des matériaux et d'ingénierie. Ces défaillances peuvent devenir un problème encore plus important à mesure que l'électronique flexible, qui est soumise à beaucoup plus de contraintes mécaniques, se généralise, explique Braun.

Pour fabriquer leur matériau d'auto-guérison, Braun et Moore ont encapsulé des nanotubes de carbone à l'intérieur de sphères de polymère d'environ 200 micromètres de diamètre chacune. Ils ont sélectionné les nanotubes de carbone en raison de leur conductivité électrique élevée et parce que leur forme allongée s'aligne bien pour combler les lacunes.

Dans des études de validation de principe, les chercheurs ont déchiré les capsules et placé le mélange résultant entre les pointes de deux sondes électriques. Les nanotubes libérés formaient un pont qui complétait le circuit entre les deux sondes. Bien que le polymère lui-même ne soit pas conducteur, cela n'a pas entravé la circulation du courant - il y a eu une nette augmentation positive de la conductivité après la rupture. Les détails des expériences ont été publiés la semaine dernière dans Journal de la chimie des matériaux .

La restauration des propriétés électroniques est fantastique, dit Christophe Bielawski , professeur agrégé de chimie à l'Université du Texas à Austin, qui développe également des matériaux électroniques auto-réparateurs.

Souvent, lorsqu'un appareil tombe en panne, c'est parce qu'un circuit ou un condensateur grille, explique Bielawski. Ceci est essentiel dans les situations où vous ne pouvez pas le réparer - dans les satellites ou les sous-marins. Pour résoudre le problème, les ingénieurs intègrent actuellement la redondance dans un système. Les circuits d'auto-guérison pourraient rendre les appareils pour les applications distantes plus légers, plus efficaces et moins chers, explique Bielawski.

Marc Hersam , professeur de science et d'ingénierie des matériaux à la Northwestern University d'Evanston, dans l'Illinois, voit également le potentiel des matériaux à utiliser dans les batteries. Les pannes de batterie lithium-ion peuvent être catastrophiques, entraînant des incendies explosifs qui se produisent lorsque la corrosion provoque des courts-circuits électriques, explique Hersam. Le mois dernier, Hersam a entamé une collaboration parrainée par le Département de l'énergie avec des chercheurs de l'Université de l'Illinois pour développer des matériaux d'auto-guérison pour les batteries. Il devrait également être possible de sélectionner des polymères en capsule qui répondent aux changements chimiques tels que la corrosion, dit-il.

Bien sûr, vous ne voulez pas alourdir une batterie avec des trucs supplémentaires, dit Braun. Il en va de même pour les circuits imprimés. Mais Braun dit qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser de grandes quantités de capsules : vous pouvez ajouter les capsules en petites quantités car ces défaillances ont tendance à se produire au même point de la structure à chaque fois.

Les chercheurs développent actuellement des moyens de positionner précisément les sphères. Braun dit que le groupe a fait accepter un article décrivant l'utilisation d'une technique appelée électropulvérisation pour placer les bulles de nanotubes. Le groupe travaille également sur des tests plus réalistes pour les capsules, y compris des études de rupture dans des matériaux conducteurs.

cacher