Détection de la pression à l'aide de papier
"Les applications futures de ce dispositif ne sont limitées que par notre imagination".
Plusieurs applications industrielles, automobiles et de santé dépendent de la mesure exacte et précise de la pression. Les capteurs de pression souples et portables sont généralement fabriqués à partir de polymères dérivés du pétrole. Les déchets solides générés par l'utilisation de ces plastiques non biodégradables sont nocifs pour l'environnement. Pour éviter ce problème, des chercheurs de l'Indian Institute of Science (IISc) ont maintenant fabriqué des capteurs de pression qui utilisent du papier comme support.
Capteur de pression du papier à porter sur soi
Neha Sakhuja
Un capteur de pression détecte la pression physique et la convertit en un signal électrique qui s'affiche sous la forme d'un nombre indiquant sa magnitude. De nos jours, les dispositifs électroniques à base de papier suscitent un intérêt croissant en raison de leur biodégradabilité naturelle, de leur excellente flexibilité, de leur structure fibreuse poreuse, de leur légèreté et de leur faible coût. Cependant, les capteurs à base de papier développés jusqu'à présent présentent certains inconvénients.
"Dans tout capteur, il y a toujours un compromis entre la sensibilité et la plage dynamique. Nous voulons avoir une sensibilité élevée. La sensibilité est essentiellement une mesure de la plus petite entité (quantité de pression) que nous pouvons détecter. Et nous voulons détecter cette quantité sur une plage étendue", explique Navakanta Bhat, professeur au Centre for Nano Science and Engineering (CeNSE) et auteur correspondant de l'article publié dans la revue ACS Sustainable Chemistry & Engineering. Son équipe a proposé une conception pour le capteur en papier qui, grâce à sa structure et à sa multicouche, atteint une sensibilité élevée et peut détecter une large gamme de pressions (0-120 kPa) avec un temps de réponse d'une milliseconde.
Le capteur est constitué de papiers cellulosiques unis et ondulés recouverts de monosulfure d'étain (SnS) empilés alternativement pour former une architecture multicouche. Le SnS est un semi-conducteur qui conduit l'électricité dans des conditions spécifiques. "Le papier en lui-même est un isolant. Le principal défi consistait à choisir une structure de dispositif 3D et un matériau appropriés pour conférer des propriétés conductrices au papier", explique Neha Sakhuja, ancien étudiant en doctorat au CeNSE et premier auteur de l'article.
Lorsqu'une pression est appliquée sur la surface du capteur, les espaces d'air entre les couches de papier diminuent, ce qui augmente la surface de contact entre ces couches. Une plus grande surface de contact entraîne une meilleure conductivité électrique. Lorsque la pression est relâchée, les espaces d'air augmentent à nouveau, ce qui diminue la conduction électrique. Cette modulation de la conductivité électrique entraîne le mécanisme de détection du capteur en papier.
"Notre principale contribution est la simplicité du dispositif. C'est comme créer un origami en papier", explique M. Bhat.
Le capteur semble prometteur pour être développé en un dispositif électronique flexible et portable, notamment dans le secteur de la santé. Par exemple, l'équipe de recherche l'a monté sur une joue humaine pour étudier le mouvement de la mastication, l'a attaché à un bras pour surveiller la contraction musculaire et l'a fixé autour des doigts pour suivre leur tapotement. L'équipe a même conçu un clavier numérique pliable construit à l'aide du capteur de pression interne en papier pour démontrer la facilité d'utilisation de l'appareil.
"Les applications futures de ce dispositif ne sont limitées que par notre imagination", déclare M. Bhat. "Nous aimerions [également] travailler sur l'augmentation de la stabilité et de la durabilité de ces capteurs et éventuellement collaborer avec des industries pour les fabriquer en grand nombre."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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