Des fibres imprimées en 3D invisibles à l’œil nu mesurent les particules d’air et bien plus

Des fibres imprimées en 3D invisibles à l’œil nu mesurent les particules d’air et bien plus

Des chercheurs de l’université de Cambridge ont mis au point une méthode d’impression 3D de fibres électroniques minuscules et transparentes pour une nouvelle génération de capteurs. Ces fibres sont 100 fois plus fines qu’un cheveu humain et pourraient être utilisées pour fabriquer des appareils capables de sentir, d’entendre et de toucher. Les résultats ont été publiés dans Science Advances.

En étudiant des phénomènes particulièrement pertinents pour la pandémie actuelle de COVID-19, le premier auteur du rapport, Andy Wang, un docteur du département d’ingénierie de Cambridge, a cherché à mesurer la quantité d’humidité respiratoire qui s’échappe d’un couvre-visage pendant la respiration normale, la respiration rapide et la toux simulée. Pour ce faire, le Dr Yan Yan Shery Huang, également du département d’ingénierie, a dirigé une équipe chargée d’imprimer en 3D des fibres composites fabriquées à partir d’argent et/ou de polymères semi-conducteurs.

Cette figure montre l’impression 3D de l’argent et du PEDOT:PSS pour créer des fibres électroniques invisibles à l’œil nu. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Science Advances.

Le procédé mis au point par les chercheurs est une forme d’écriture directe à l’encre, dans laquelle de l’argent ou un polymère appelé poly(3,4-éthylènedioxythiophène) polystyrène sulfonate (PEDOT:PSS) est déposé sur un tampon de contact en cuivre, un canon à ions gravant la fibre dans le tampon. Les fibres sont tendues entre deux plots de cuivre, reliant les deux électrodes.

Pour démontrer les applications, l’équipe a créé des capteurs permettant de mesurer l’humidité qui s’échappe des revêtements de façade. Les capteurs ont pu déterminer que la plupart des fuites de tissus ou de masques chirurgicaux se produisent par l’avant, en particulier lors de la toux, alors que les masques N95 fuient surtout par le haut et les côtés. Tous les masques ont été déterminés à contribuer à affaiblir le flux de l’air expiré lorsqu’ils sont portés correctement.

« Les capteurs fabriqués à partir de petites fibres conductrices sont particulièrement utiles pour la détection volumétrique de fluides et de gaz en 3D, par rapport aux techniques conventionnelles de couches minces, mais jusqu’à présent, il a été difficile de les imprimer et de les incorporer dans des dispositifs, et de les fabriquer à l’échelle », a déclaré le Dr Huang. « Nos capteurs à fibres sont légers, bon marché, petits et faciles à utiliser, ils pourraient donc potentiellement être transformés en appareils de test à domicile pour permettre au grand public d’effectuer des tests auto-administrés afin d’obtenir des informations sur leur environnement ».

Ces capteurs pourraient être utilisés pour fabriquer des capteurs respiratoires portables, sans contact et portables, qui peuvent être fixés à un smartphone pour collecter des données sur la respiration, ainsi que des sons et des images. La technologie va au-delà des capteurs respiratoires, l’équipe suggérant que des fibres biocompatibles de taille similaire à celle des cellules biologiques pourraient leur permettre de guider le mouvement des cellules et de mesurer réellement le processus sous forme de signaux électriques.

Les lumières LED sont suspendues à des grilles argentées imprimées en 3D. Image reproduite avec l’aimable autorisation de Science Advances.

Comme les fibres sont si petites qu’elles ne peuvent être vues à l’œil nu, l’équipe a pu imprimer en 3D les fibres des lampes LED qui semblaient flotter dans l’air. Une LED a été suspendue à un réseau transparent fait de fibres d’argent, comme on peut le voir sur l’image ci-dessus. Les futurs travaux des chercheurs portent notamment sur des capteurs multifonctionnels pour la surveillance mobile de la santé et des interfaces bio-machines.

Comme le montre notre série d’impressions électroniques en 3D, il ne s’agit là que d’une petite partie de la recherche qui pourrait aboutir à l’impression en 3D d’objets complets et fonctionnels en un seul processus de construction. Pour l’instant, seules quelques entreprises commerciales fournissent la base de cette technologie, dont Optomec. Ces recherches démontrent non seulement que l’impression en 3D de dispositifs aussi complexes est possible, mais aussi que cela pourrait faire progresser l’état de l’art de manière à réduire encore plus l’électronique.

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