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Comment la friction peut un jour recharger votre téléphone portable
Le phénomène qui provoque un choc douloureux lorsque vous touchez du métal après avoir traîné vos chaussures sur le tapis pourrait un jour être exploité pour recharger des appareils électroniques personnels.
Des chercheurs de Georgia Tech ont créé un appareil qui tire parti de l'électricité statique pour convertir le mouvement, comme un téléphone qui rebondit dans votre poche, en suffisamment d'énergie pour charger une batterie de téléphone portable. C'est la première démonstration que ces types de matériaux ont suffisamment de punch pour alimenter les appareils électroniques personnels.
L'excès d'énergie produit lorsque vous marchez, bougez ou même respirez peut, en théorie, être récupéré pour alimenter les implants médicaux et autres appareils électroniques. Cependant, tirer parti de l'énergie de ces petits mouvements est difficile.
Zhong Lin Wang , professeur de science des matériaux à Georgia Tech, travaille sur le problème depuis plusieurs années, en se concentrant principalement sur les matériaux piézoélectriques qui génèrent une tension électrique sous contrainte mécanique (voir Exploiter la puissance du hamster avec un nanogénérateur). Wang et d'autres ont amplifié l'effet piézoélectrique en fabriquant des matériaux structurés à l'échelle nanométrique. Jusqu'à présent, cependant, les nanogénérateurs piézoélectriques n'ont pas eu une puissance de sortie très impressionnante.
Maintenant, le groupe de Wang a démontré qu'une approche différente peut être plus prometteuse : l'électricité statique et la friction. C'est l'effet au travail lorsque vous passez un peigne en plastique dans vos cheveux un jour sec, et qu'il tient debout. Les chercheurs de Georgia Tech ont démontré que ce phénomène de charge statique, appelé effet triboélectrique, peut être exploité pour produire de l'énergie à l'aide d'un type de plastique, de polyéthylène téréphtalate et d'un métal. Lorsque des films minces de ces matériaux entrent en contact les uns avec les autres, ils se chargent. Et lorsque les deux films sont fléchis, un courant circule entre eux, qui peut être exploité pour charger une batterie. Lorsque les deux surfaces sont modelées avec des structures à l'échelle nanométrique, leur surface est beaucoup plus grande, de même que la friction entre les matériaux et la puissance qu'ils peuvent produire.
Le nanogénérateur de Georgia Tech peut convertir 10 à 15 % de l'énergie des mouvements mécaniques en électricité, et des matériaux plus minces devraient être capables de convertir jusqu'à 40 %, selon Wang. Un carré de la taille d'un ongle de nanomatériau triboélectrique peut produire huit milliwatts lorsqu'il est fléchi, une puissance suffisante pour faire fonctionner un stimulateur cardiaque. Un patch de cinq centimètres sur cinq peut allumer 600 LED à la fois ou charger une batterie lithium-ion qui peut ensuite alimenter un téléphone portable commercial. Le groupe de Wang a décrit ces résultats en ligne dans le journal Lettres nano .
Le choix des matériaux est large et la fabrication de l'appareil est facile, explique Wang. N'importe lequel des 50 plastiques, métaux et autres matériaux courants peuvent être associés pour fabriquer ce type d'appareil.
Je suis impressionné par la densité de puissance ici, dit Shashank Priya , directeur du Center for Energy Harvesting Materials and Systems à Virginia Tech. D'autres matériaux intelligents n'ont pas produit assez de puissance pour des applications pratiques, dit-il.
Reste à savoir si le nouveau nanogénérateur fonctionnera en dehors du laboratoire. Ils doivent démontrer que cela peut générer de l'énergie à partir de vibrations mécaniques dans la vie réelle, dit Jiangyu Li , professeur de génie mécanique à l'Université de Washington à Seattle. Pour travailler dans le monde réel, un récupérateur d'énergie devra être capable de capter les fréquences vibratoires qui fournissent le plus d'énergie. Un nanogénérateur qui ne peut capter que des vibrations mécaniques à faible énergie prendrait beaucoup trop de temps pour charger un téléphone portable, note Priya. Wang dit qu'il est en pourparlers avec des entreprises sur le développement du capteur d'énergie pour des applications particulières, et envisage qu'il soit porté sur un brassard.