(a) Schéma du mécanisme d’auto-cicatrisation de l’hydrogel ; (b) taux d’auto-cicatrisation 243 de l’hydrogel à différents moments ; (c) processus de démonstration de l’auto-cicatrisation de l’hydrogel ; (d) 244 Effet d’auto-cicatrisation de la cicatrisation multiple avec l’hydrogel. Crédit : Wang et al.
Les progrès récents dans le domaine de l’électronique ont permis de créer des dispositifs plus petits et de plus en plus sophistiqués, notamment des technologies portables, des biocapteurs, des implants médicaux et des robots souples. La plupart de ces technologies sont basées sur des matériaux extensibles dotés de propriétés électroniques.
Bien que les spécialistes des matériaux aient déjà introduit une large gamme de matériaux flexibles qui pourraient être utilisés pour créer de l’électronique, beaucoup de ces matériaux sont fragiles et peuvent être facilement endommagés. Comme la détérioration des matériaux peut entraîner leur défaillance, tout en compromettant le fonctionnement global du système dans lequel ils sont intégrés, plusieurs matériaux souples et conducteurs existants peuvent s’avérer peu fiables et inadaptés à une mise en œuvre à grande échelle.
Des chercheurs de l’université des sciences et technologies de Harbin, en Chine, ont récemment mis au point un nouvel hydrogel conducteur et auto-cicatrisant qui pourrait être utilisé pour créer des capteurs souples destinés aux vêtements, aux robots ou à d’autres appareils. Ce matériau et sa composition ont été décrits dans le Journal of Science : Advanced Materials and Devices.
« Dans cet article, l’alcool polyvinylique (PVA) et le 4-carboxylbenzaldéhyde (CBA) ont été utilisés pour former un double squelette de réseau, et la polyaniline (PANI) a été introduite pour assembler un capteur flexible avec d’excellentes performances d’auto-cicatrisation », ont écrit Xiaoming Wang, Ling Weng et leurs collègues dans leur article. « L’association hydrophobe du PVA et du CBA garantit les propriétés mécaniques du capteur d’hydrogel, et l’introduction du PANI apporte des propriétés électriques au capteur d’hydrogel.
Xiaoming Wang, Ling Weng et leurs collègues ont créé leur matériau en introduisant le CBA, un composé organique composé d’un anneau de benzène substitué par un aldéhyde et un acide carboxylique, dans le PVA, un polymère synthétique soluble dans l’eau, et en ajoutant le polymère conducteur PANI par le biais d’une interaction électrostatique. Lors des premiers essais, ils ont constaté que le matériau avait des propriétés mécaniques remarquables et qu’il pouvait se cicatriser après avoir été endommagé. En outre, il pouvait atteindre une contrainte maximale de 4,35 Mpa et une déformation maximale de 380 %.
Les chercheurs ont ensuite utilisé le matériau pour créer un capteur de déformation, un dispositif de détection capable de détecter les forces externes et la pression appliquée provenant de son environnement. Ce capteur s’est avéré très performant, mesurant à la fois de petits signaux de déformation, tels que la toux ou la parole d’un porteur, et des mouvements corporels plus vigoureux.
« Le capteur flexible préparé dans cet article a une sensibilité de 1,71 dans la plage de déformation de 0 à 300 %, et une limite de détection de la déformation inférieure à 1 % », écrivent Xiaoming Wang, Ling Weng et leurs collègues dans leur article. « Le temps de réponse du capteur d’hydrogel pendant l’étirement est de 158 ms. En outre, le capteur d’hydrogel a également une capacité d’auto-guérison. À température ambiante, une fois l’hydrogel coupé, il ne faut qu’une minute pour terminer la réparation, et le taux d’autoc-icatrisation est d’environ 60 %. »
À l’avenir, l’hydrogel créé par cette équipe de chercheurs pourrait être utilisé pour développer une large gamme d’autres capteurs et d’appareils électroniques portables, tels que des capteurs capables de détecter les mouvements humains ou des appareils médicaux qui surveillent des signaux biologiques spécifiques. En outre, leurs travaux pourraient ouvrir la voie au développement d’hydrogels flexibles et conducteurs similaires, dotés de propriétés d’auto-cicatrisation.
https://phys.org/news/2023-06-self-healing-hydrogel-flexible-sensors.html
