Des scientifiques financés par l'UE font progresser l'électronique élastique
Des chercheurs financés par l'UE en France et aux États-Unis étudiant les autocollants se décollant des fenêtres ont découvert un nouveau moyen de contrôler la fabrication de l'électronique élastique. Les résultats, publiés dans les Proceedings of the National Academy of Sciences, ont des implications dans le développement de dispositifs électroniques embarqués dans des matériaux tels que les gants chirurgicaux, les écrans souples et le papier électronique. Ces résultats découlent du projet MECHPLANT («The role of mechanical instabilities in leaf development») financé à hauteur de 1,3 million d'euros au titre de la thématique «Nouvelles sciences et technologies émergentes» du sixième programme-cadre (6e PC). Les partenaires de MECHPLANT ont étudié l'évolution de la forme au cours du développement des feuilles afin de mieux comprendre l'interaction entre les propriétés génétiques des plantes et les instabilités mécaniques. Dans cette étude, l'équipe a analysé la façon dont les étiquettes adhérant au verre se froissent, cloquent et se décollent. Par exemple, on voit souvent des bulles d'air se former entre un autocollant et une vitre de voiture; cela est habituellement dû à l'expansion de l'autocollant, provoquée en général par la chaleur. Alternativement, la compression de la surface conduit l'autocollant ou le film à se courber jusqu'à ce qu'il se décolle de la surface en formant des «cloques». «Ce phénomène se répète sans cesse autour de nous, mais selon la façon dont on le considère, on ne constatera pas la même chose», a déclaré le chercheur Pedro Reis du Massachusetts Institute of Technology aux États-Unis. Selon les auteurs, des efforts considérables sur les moyens d'éviter la déformation, la froissure et la cloque des couches fines ont été déployés. Des études récentes, toutefois, ont exploité ces propriétés sous compression afin de développer des dispositifs électroniques flexibles. «Il faut que le substrat soit capable de fléchir sans s'étendre et sans nuire aux fils qui forment le circuit, ce qui représente un défi technologique majeur limitant le développement de tels dispositifs», expliquent les chercheurs. «Une façon de remporter cette gageure est d'utiliser un substrat polymère qui est d'abord étiré puis couvert de fils selon le modèle requis», peut-on lire dans l'étude. Lorsque la pression sur le substrat est libérée, les fils relativement rigides cèdent, ce qui conduit à l'«instabilité des froissures» et, par conséquent, à la formation de décollement sous forme de cloques. Les cloques peuvent permettre au substrat de fléchir plus facilement car les fils peuvent se courber et non s'étendre. Les chercheurs ont étiré et compressé des surfaces avec des fines couches attachées à elles, et mesuré les dimensions des cloques résultantes. Plus particulièrement, ils ont collé une couche fine de polypropylène à un substrat doux, qui était soit fin (étiré avant l'adhésion) soit épais (non étiré). Les substrats fins et épais ont ensuite été compressés. Au début, une seule cloque apparaissait; une compression plus importante entraînait l'apparition d'une série de cloques presque identiques. Les dimensions de la première cloque et l'évolution ultérieure de plusieurs cloques ont ensuite été identifiées. Les résultats ont permis aux scientifiques de développer un modèle de formation, de taille et d'évolution du décollement sous forme de cloques. La taille de la cloque, ont-ils découvert, dépend de l'élasticité du film, du substrat et de la force d'adhésion entre eux. Le nouveau modèle prévoit la taille des cloques qui se formeront sous des conditions spécifiques. «Les décollements ont une taille caractéristique qu'ils tentent de déterminer eux-mêmes», a déclaré Dominique Vella du Centre national français de la recherche scientifique. «Nous avons identifié cette taille afin qu'en principe elle puisse être déterminée à l'aide des paramètres d'un système donné.» La création intentionnelle de surfaces décollées pourrait considérablement simplifier la conception de dispositifs flexibles, pense l'équipe, car les fils attachés à la surface peuvent se déplacer avec le matériel sans se rompre. Si les fils sont déjà séparés à la surface, a constaté l'équipe, la torsion et la rotation du matériel ne provoquera pas leur cassure. D'après les chercheurs, des films ultra fins et solides tels que les graphènes «sont des matériaux idéaux pour des applications de circuiterie pliable à des petites échelles en utilisant des structures de décollement». Les travaux précédents s'étaient basés sur des techniques de microfabrication complexes afin de stimuler l'apparition de cloques. Le nouveau modèle offre aux ingénieurs l'opportunité de contrôler de façon plus précise le décollement, et pourrait largement faciliter le développement de l'électronique élastique à l'aide de cloques apparaissant sur le matériel.
Pays
France, États-Unis