Créez des dispositifs lumineux avec un simple stylo

Dans un monde où la technologie numérique est omniprésente, une équipe de chercheurs à la McKelvey School of Engineering de la Washington University à St. Louis redéfinit les limites de la fabrication électronique.

Conduit par Chuan Wang, professeur associé en ingénierie électrique et systèmes, l’équipe a conçu des stylos capables d’écrire des dispositifs optoélectroniques flexibles sur des supports courants tels que le papier, les textiles, le caoutchouc, les plastiques et même les objets 3D.

Cette avancée rend ces composants électroniques, déjà présents dans nos smartphones et bracelets de fitness, encore plus adaptables et intégrés à notre quotidien. La flexibilité n’est plus un luxe, mais une norme.

De l’imprimante au stylo : Une transition naturelle

Dans une récente publication dans « Nature Photonics« , l’équipe a détaillé leur approche novatrice. Wang, faisant écho à ses précédentes recherches avec l’étudiant Junyi Zhao, mentionne : « L’écriture manuelle de dispositifs personnalisés était une étape logique après l’imprimante. Nous avions déjà les encres, il était donc naturel de prendre la technologie que nous avions développée et de la modifier pour fonctionner dans des stylos à bille ordinaires. »

Le fruit de leur travail est un stylo doté d’une encre spéciale permettant de créer des LEDs multicolores et des photodétecteurs en quelques minutes, en écrivant couche par couche, tel un artiste avec ses feutres de couleurs.

Les défis de l’encre

Traduire une encre imprimable en une encre d’écriture manuelle n’était pas une mince affaire. Zhao précise : « La traduction de l’imprimante au stylo à bille pourrait sembler simple, mais charger l’encre n’est que le début. Notre encre est spécialement formulée, ce qui rend les stylos universels. »

La performance du dispositif optoélectronique dépend en grande partie de la précision des couches d’encre, qui doivent rester discrètes et ne pas se mélanger.

La création de stylos à encre fonctionnant sur tous les substrats, du papier aux ballons de baudruche, permet de surmonter les limites critiques de la fabrication traditionnelle des LED – en particulier l’exigence de substrats plats et lisses et l’équipement de fabrication en salle blanche dont le coût est prohibitif – et ouvre la voie à l’électronique portable de la prochaine génération, qui s’infiltrera dans la vie quotidienne d’une manière sans précédent.

Applications futures : L’avenir est dans nos mains

Avec cette invention, les possibilités semblent infinies. Wang imagine des applications allant de l’éducation à la vulgarisation scientifique, en passant par l’emballage électronique, les vêtements et les capteurs médicaux.

« Les LED bon marché et personnalisables ouvrent des perspectives en matière d’enseignement pratique, de textiles plus vivants comme les vêtements lumineux ou les cartes de vœux, et d’emballages intelligents« , explique M. Wang. « Les applications médicales constituent l’un des domaines qui nous enthousiasment le plus. Les émetteurs et les détecteurs de lumière écrits à la main offrent une plus grande souplesse pour la création de capteurs biomédicaux portables et de bandages sur lesquels pourraient être dessinés des photodétecteurs et des DEL infrarouges pour mesurer l’oxymétrie de pouls ou accélérer la cicatrisation des plaies.« 

En synthèse

L’avènement de ces stylos électroniques pourrait bien inaugurer une nouvelle ère de personnalisation et d’intégration de l’électronique dans notre quotidien. En rendant cette technologie accessible et flexible, elle pourrait démocratiser la fabrication électronique, tissant ainsi l’électronique flexible dans le tissu même de notre vie quotidienne.

Pour une meilleure compréhension

• Qu’est-ce que l’optoélectronique flexible ? C’est une branche de l’électronique qui traite des dispositifs émettant et détectant de la lumière, capables de se plier, se replier et s’étirer tout en conservant leur fonctionnalité.

• Comment fonctionne cette technologie de stylo ? Les stylos contiennent une encre spéciale qui permet de dessiner des dispositifs optoélectroniques fonctionnels sur divers supports.

Junyi Zhao montre comment utiliser un simple stylo à bille pour écrire des DEL personnalisées sur du papier (à gauche). Les mêmes stylos peuvent être utilisés pour dessiner des motifs multicolores sur une feuille d’aluminium (en haut à droite) et pour créer des croquis lumineux (en bas à droite). (Images reproduites avec l’aimable autorisation du laboratoire de Wang)

Zhao J, Lo LW, Yu Z, Wang C. Handwriting of perovskite optoelectronic devices on diverse substrates. Nature Photonics, Aug. 7, 2023. https://www.nature.com/articles/s41566-023-01266-1