Antennes en métal liquide : une avancée majeure pour l’électronique portable

Des chercheurs ont mis au point une nouvelle méthode pour fabriquer de minuscules antennes extensibles à partir d’un hydrogel et d’un métal liquide. Ces antennes pourraient être utilisées dans des dispositifs électroniques sans fil portables et flexibles pour établir une connexion entre l’appareil et des systèmes externes pour la fourniture d’énergie, le traitement des données et la communication.

Une nouvelle approche de fabrication

« Grâce à notre nouvelle approche de fabrication, nous avons démontré que la longueur d’une antenne en métal liquide peut être réduite de moitié », a déclaré Tao Chen de l’Université Xi’an Jiaotong en Chine. « Cela pourrait contribuer à réduire la taille des dispositifs portables utilisés pour la surveillance de la santé, la surveillance de l’activité humaine, l’informatique portable et d’autres applications, les rendant ainsi plus compacts et confortables. »

Dans la revue Optics Express du groupe Optica, les chercheurs décrivent leur nouvelle technique, qui consiste à injecter du gallium-indium eutectique – un alliage métallique liquide à température ambiante – dans un microcanal créé avec un procédé d’ablation laser femtoseconde en une seule étape. Ils ont utilisé cette méthode pour créer une antenne mesurant 24 mm × 0,6 mm × 0,2 mm intégrée dans un bloc d’hydrogel de 70 mm × 12 mm × 7 mm.

Applications potentielles

« Les antennes extensibles et flexibles pourraient être utiles pour les dispositifs médicaux portables qui surveillent la température, la pression artérielle et l’oxygène dans le sang, par exemple », a expliqué Tao Chen. « Des dispositifs mobiles distincts pourraient se connecter à une unité de contrôle plus grande via les antennes flexibles – qui transféreraient les données et d’autres communications – formant ainsi un réseau corporel sans fil. Étant donné que les fréquences de résonance des antennes flexibles varient en fonction de la contrainte appliquée, elles pourraient également être utilisées comme capteur de mouvement portable. »

Un métal plus flexible

Les travaux découlent de recherches antérieures, menées en coopération avec Jian Hu de la King Abdullah University of Science and Technology en Arabie saoudite, au cours desquelles les chercheurs ont développé une méthode pour fabriquer des structures 3D en argent intégrées dans de l’hydrogel pour la détection de contraintes à l’aide de l’ablation laser femtoseconde.

« Les structures en argent présentaient une faible extensibilité car elles étaient très fragiles », a ajouté Tao Chen. « L’utilisation d’un métal liquide au lieu d’une structure métallique solide rend non seulement le métal plus facile à remplir dans le microcanal d’hydrogel, mais augmente également sa capacité à s’étirer. »

En synthèse

Les chercheurs ont développé une nouvelle méthode pour fabriquer des antennes extensibles en métal liquide et hydrogel, offrant des possibilités d’application dans les dispositifs électroniques portables et flexibles. Cette avancée pourrait permettre de réduire la taille des dispositifs portables et d’améliorer leur confort d’utilisation.

Pour une meilleure compréhension

Quelle est la nouvelle méthode de fabrication des antennes extensibles ?

La nouvelle méthode consiste à injecter du gallium-indium eutectique dans un microcanal créé avec un procédé d’ablation laser femtoseconde en une seule étape.

Quels sont les avantages des antennes extensibles en métal liquide et hydrogel ?

Les antennes extensibles en métal liquide et hydrogel sont plus compactes, confortables et peuvent être utilisées dans diverses applications, notamment les dispositifs médicaux portables et les réseaux corporels sans fil.

Quelles sont les applications potentielles des antennes extensibles ?

Les antennes extensibles pourraient être utilisées pour la surveillance de la santé, la surveillance de l’activité humaine, l’informatique portable et d’autres applications nécessitant des dispositifs électroniques portables et flexibles.

Pourquoi utiliser un métal liquide plutôt qu’une structure métallique solide ?

Le métal liquide est plus facile à remplir dans le microcanal d’hydrogel et présente une meilleure capacité à s’étirer, contrairement aux structures métalliques solides qui sont plus fragiles et moins extensibles.

Quelles sont les prochaines étapes pour les chercheurs ?

Les chercheurs travaillent à améliorer la technique de scellement des microcanaux induits par laser pour augmenter la résistance de l’antenne extensible et le seuil de contrainte de fuite du métal liquide. Ils prévoient également d’explorer comment cette nouvelle approche pourrait être appliquée pour développer des capteurs de contrainte et de pression multidimensionnels entièrement flexibles avec des structures 2D ou 3D complexes.

Légende illustration principale : L’antenne métallique liquide flexible et extensible à base d’hydrogel est présentée sur une lame de verre. La plaque verte sert à fixer un connecteur SMA pour l’alimentation de l’antenne. Crédit : Tao Chen, Université Xi’an Jiaotong en Chine

Article : P. Zhao, T. Chen, J. Si, H. Shi, X. Hou, « Fabrication of flexible stretchable hydrogel-based antenna using femtosecond laser for miniaturization, » Opt. Express, 31, 20, 32704-32716 (2023). | DOI : 10.1364/OE.496360