Circuits électroniques sur tissu : maintenant à bas coût et lavables

Pour que l’électronique portable sur des textiles puisse être utilisée de manière courante, il faut encore passer plusieurs obstacles dont le lavage, l’utilisation d’encres non toxiques et le coût. Des chercheurs d’une équipe internationale menée par le centre de recherche sur le graphène de Cambridge et soutenu par le projet européen Graphene Flagship ont publié un article dans Nature Communications où ils expliquent comment ils ont réussi à relever ces trois défis. Leur technique a, en outre, permis d’imprimer des circuits intégrés complets sur des tissus polyester alors que jusqu’à maintenant on se contentait de créer des transistors uniques. Cette fois, des cellules de mémoire reprogrammables, des inverseurs ou des portes logiques ont pu être imprimés.

Ecologiques et économiques

Le travail des chercheurs a notamment porté sur la conception d’encres non toxiques avec un point d’ébullition bas permettant la création de circuits intégrés fonctionnant à température et pression ambiantes et facilement imprimable sur des tissus. Les encres créées par les auteurs de ces recherches sont à base de deux matériaux 2D : le graphène et le nitrure de bore hexagonal (h-BN). Ces encres de nécessitent pas de solvants toxiques et peuvent être portés sur le corps tout en étant bon marché, sûres et écologiques.

L’équipe a constaté que la rugosité des textiles diminuait les propriétés des composants électroniques imprimés. Aussi, pour minimiser cette interférence, ils ont utilisé une « couche de planarisation » en polyuréthane ; Elle lisse la surface du textile et permet d’améliorer les performances des dispositifs imprimés. Concernant les électrodes, les chercheurs ont choisi de remplacer les habituelles électrodes en argent par des électrodes PEDOT:PSS* qui sont plus adaptables pour un support flexible.

Une technique polyvalente

Cette technique ouvre la voie vers de véritables textiles intelligents dans lesquels l’électronique devient invisible. Elle permet de profiter du confort d’un vrai tissu (souplesse, aération) que n’offre pas les solutions actuelles qui consistent essentiellement à imprimer des composants assez rigides sur des matériaux portables (textiles, plastique ou caoutchouc) et qui résistent mal au lavage. Les circuits en matériaux 2D utilisés cette fois ont supporté jusqu’à 20 cycles de lavage dans une machine standard après avoir été recouverts par une couche de protection de polyuréthane appliquée par pression à chaud (120°C pendant 5s) sur le dessus et le dessous du dispositif. Par ailleurs, il semblerait que cela soit plus les torsions subies au lavage que l’eau et les agents lavants qui diminuent les performances du circuit au cours du temps.

Les applications devraient être multiples : des dispositifs médicaux portables à toute la sphère de l’internet des objets (IoT).

*poly(3,4-éthylènedioxythiophène) (PEDOT) et polystyrène sulfonate de sodium (PSS)

Par Sophie Hoguin