Un matériau conducteur auto-réparateur à base de métal liquide mis au point à Virginia Tech
Le laboratoire VT MADE de Virginia Tech a développé un composite souple et conducteur fait de gouttelettes d'alliage gallium-indium piégées dans un polymère PDMS, capable de réparer ses propres circuits après une coupure ou une perforation.
Des chercheurs du laboratoire VT MADE de Virginia Tech ont mis au point un matériau composite souple, conducteur et capable de réparer ses propres circuits après une coupure ou une perforation. Le procédé repose sur de petites gouttelettes d'un alliage métallique liquide à base de gallium et d'indium, dispersées dans une matrice de polymère PDMS.
Le résultat est un composite élastique qui combine conductivité électrique et thermique, tout en restant suffisamment flexible pour être étiré. Tant que la matrice polymère reste intacte, le matériau est isolant : le courant ne circule pas. Il faut volontairement rompre certaines des microcapsules de métal liquide pour créer des chemins conducteurs. Cette rupture peut être provoquée par une pression, une perforation ou une coupure localisée.
Lorsqu'une coupure traverse le matériau, les gouttelettes d'alliage liquide libérées viennent combler le vide et rétablir le contact électrique entre les deux parties séparées. C'est ce mécanisme d'auto-réparation qui distingue ce composite des circuits imprimés classiques, rigides et définitifs. Le matériau peut ainsi retrouver sa fonction conductrice sans intervention extérieure.
La mise en forme du composite s'apparente à celle des résines utilisées dans de nombreux procédés de fabrication additive. Il est possible de le couler, de le mouler ou de l'imprimer en trois dimensions pour obtenir une géométrie personnalisée. Une courte cuisson suffit ensuite à solidifier la pièce, qui peut alors servir de circuit souple sur mesure.
Les applications envisagées couvrent plusieurs domaines. Le matériau pourrait servir à fabriquer des circuits flexibles pour l'électronique portable, des dissipateurs thermiques intelligents capables d'évacuer la chaleur de manière adaptative, ou encore des composants intégrés à des vêtements et équipements techniques. Sa capacité à se réparer seul intéresse particulièrement les dispositifs soumis à des contraintes mécaniques répétées, comme les capteurs portés sur le corps ou les systèmes embarqués dans des environnements difficiles.
Le procédé n'est pas sans contraintes. Il fait appel à des réactions de polymérisation et à des produits chimiques, et la manipulation d'alliages liquides demande un minimum de précautions. Ces exigences n'empêchent toutefois pas les expérimentations : des projets amateurs, comme des gants intégrant des circuits souples, montrent que la barrière technique reste accessible à des makers motivés.
Avec ce composite, la frontière entre matériau structurel et composant électronique s'estompe. Le circuit n'est plus un élément rapporté sur un support inerte : il fait partie intégrante de la matière, qui peut être déformée, coupée puis remise en service. Une piste qui pourrait accélérer le développement de l'électronique souple et des objets connectés capables de vieillir sans perdre leurs fonctions essentielles.
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