Multifilament conducteur ultra-extensible et portable activé par une structure en polypyrrole bouclée en parallèle

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Nov 15, 2023

Multifilament conducteur ultra-extensible et portable activé par une structure en polypyrrole bouclée en parallèle

npj Flexible Electronics volume 6, Numéro d'article : 42 (2022) Citer cet article 1845 Accès 10 Citations 1 Détails de Altmetric Metrics Les fibres conductrices étirables ont attiré beaucoup d'attention en raison de

npj Flexible Electronics volume 6, Numéro d'article : 42 (2022) Citer cet article

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Les fibres conductrices extensibles ont attiré beaucoup d’attention en raison de leur utilisation potentielle dans l’électronique portable. Cependant, la conductivité ultra-élevée et insensible aux contraintes est gênée par une inadéquation mécanique du module de Young et par la défaillance des structures étirables sous forte déformation. Ce défi est relevé avec un multifilament conducteur et élastique composé de monofilaments de polyuréthane recouverts en surface de polypyrrole bouclé (PPy) dont la flexibilité est améliorée par le sulfosalicylate de sodium. De tels monofilaments conducteurs parallèles avec flambage PPy en surface réduisent l'influence des fissures dans le revêtement conducteur sur la conductivité globale, affichant un comportement insensible aux contraintes ultra-élevé (facteur de qualité Q = 10,9). Remarquablement, diverses formes complexes de textiles électroniques portables fabriqués à partir de ce multifilament conducteur conservent le comportement insensible à la contrainte du multifilament d'origine, même en cas de déformation importante de l'articulation humaine. Ce multifilament avec du PPy froissé présente des avantages intéressants dans l'application de dispositifs électroniques portables ultra-étirés.

Ces dernières années, les textiles électroniques portables tels que les capteurs1,2, les dispositifs de récupération et de stockage d'énergie3,4, les dispositifs de mémoire5, les écrans6 et les radiateurs7 ont suscité un intérêt croissant de la part des communautés de recherche et industrielles. La croissance à grande vitesse des textiles électroniques portables impose une forte demande en matière de circuits électroniques flexibles et extensibles pour assurer la transmission stable et sans perte de signaux électriques sous une grande extension mécanique8,9. Diverses méthodes technologiques, notamment la structure hélicoïdale10,11, la structure à « ressorts torsadés »12, la structure en couches13 et la structure bouclée8,14, ont été développées pour fabriquer le circuit électronique étirable afin de concevoir des fibres et des fils multifonctionnels. La stratégie la plus couramment utilisée repose sur des constructions géométriques basées sur les principes des ressorts hélicoïdaux, permettant une électronique extensible de haute performance10,11. Malgré l’efficacité de la méthode, des inconvénients tels que les structures multidimensionnelles qui nécessitent souvent des matériaux de liaison et une technologie de liaison complexes, ainsi que le mouvement non plan des bobines pendant l’étirement, ont incité à rechercher d’autres stratégies alternatives15. Les composites fibreux conducteurs avec une structure en couches en spirale formée par enroulement des films ne fournissent qu'une solution insatisfaisante en raison de leur faible comportement à la déformation (facteur de qualité Q = 0,57 à 356 %)13. Par conséquent, un circuit électronique extensible à base de fibres avec une intégration facile et un comportement hautement insensible aux contraintes est toujours extrêmement souhaitable pour les textiles électroniques portables.

Des structures de flambage ont été utilisées pour surmonter les contraintes spatiales tout en maintenant une conductivité constante dans divers dispositifs flexibles16. Le module apparent des éléments conducteurs peut être considérablement réduit en formant des structures bouclées, par exemple courbées, ondulées et ridées, sur la surface du substrat élastique, garantissant l'extensibilité du circuit conducteur à base de fibres17. Par exemple, un multifilament conducteur en forme de vis sans fin a été préparé en pré-étirant d’abord un noyau multifilament en polyuréthane (PU), puis en l’enduisant d’une couche de graphène8. Une telle structure permettait un changement de résistance négligeable (environ 0,26) jusqu'à 300 % de déformation. Cependant, une augmentation de la résistance électrique a été observée au stade initial de l’étirement en raison de la séparation des rides du graphène, une propriété utile pour les capteurs mais indésirable pour les circuits électroniques étirables. De plus, bien qu’il ait été prouvé que la structure bouclée est capable d’atténuer efficacement l’inadéquation mécanique entre les éléments conducteurs et le substrat, une interaction interfaciale élevée est toujours nécessaire pour améliorer les performances du cycle17. Ainsi, il est essentiel de sélectionner les éléments conducteurs pour différents substrats afin d’obtenir une interaction interfaciale supérieure.

1000%) and the similar strength at break (~100 MPa), in consistent with previous studies8. In addition, the \({{{\mathrm{PU}}}}_{200\% }^{420{{{\mathrm{D}}}}}\) @PPy multifilament showed a good recoverability within 100% strain, and a small hysteresis within 200% strain that is comparable to those in the reference (Supplementary Fig. 10a)8,34. After 100 loading-unloading cycles under 100% strain, the recovery performance of the multifilament was hardly deteriorated (Supplementary Fig. 10b). The strong strength and highly stretchable properties of the \({{{\mathrm{PU}}}}_{200\% }^{420{{{\mathrm{D}}}}}\) @PPy multifilament could guarantee the availability for the manufacture of large strain wearable electronic textiles./p> εp, the PPy coating begins to show a tensile deformation, which is manifested by the decrease in the thickness and the increase in the length of the PPy coating. When Poisson effect is taken into consideration the resistance in this stage is given by Eq. (1)./p>99%), cyclohexane, hydrochloric acid (HCl, chemically pure) were obtained from Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd. (Shanghai, China). Sodium sulfosalicylate (NaSSA, Rhawn) and dopamine (DA, Sigma) were provided by Wendong (Shanghai) Chemical Co., Ltd. (Shanghai, China). All chemicals were analytical reagents and used without further purification unless otherwise stated./p>