Électricité gratuite à partir de nano-générateurs

Les appareils électroniques portables d'aujourd'hui (à l'exception des montres à remontage automatique et des radios à manivelle) dépendent des piles pour leur alimentation. Aujourd'hui, des chercheurs ont démontré que des nanofils faciles à fabriquer et peu coûteux peuvent récupérer de l'énergie mécanique, ce qui pourrait conduire à des avancées telles que les implants médicaux fonctionnant à l'électricité générée par les vaisseaux sanguins pulsés et les téléphones portables alimentés par des nanofils dans les semelles des chaussures.

Un graphique montrant des pointes de décharge électrique lorsque les nanofils sont scannés. (Avec l'aimable autorisation de Zhong Lin Wang, Georgia Tech.)

Lorsque vous marchez, vous générez 67 watts. Le mouvement de votre doigt est de 0,1 watt. Votre respiration est d'un watt. Si vous pouvez convertir une fraction de cela, vous pouvez alimenter un appareil. D'après le concept que nous avons démontré, nous pouvons convertir 17 à 30 % de cela, dit Zhong Lin Wang , professeur de science des matériaux à Georgia Tech et l'un des chercheurs de l'ouvrage, publié dans la revue La science .

Leurs résultats confirment une théorie : les nanofils d'oxyde de zinc montreront un puissant effet piézoélectrique, c'est-à-dire la production d'électricité en réponse à une pression mécanique. Ordinairement, les charges positives et négatives des ions zinc et oxygène dans ces nanofils cristallins s'annulent. Mais lorsque les fils, qui sont développés chimiquement pour se dresser au sommet d'une électrode, se plient en réponse, par exemple, à une vibration, les ions sont déplacés. Cela déséquilibre les charges et crée un champ électrique qui produit un courant lorsque le nanofil est connecté à un circuit.

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Bien que chaque nanofil à lui seul produise très peu d'énergie, dit Wang, avec la sortie simultanée de nombreux nanofils, nous pouvons générer une puissance élevée, suffisante pour faire fonctionner un petit implant médical. Les travaux rapportés dans La science n'impliquait que des nanofils uniques, mais Wang dit que son laboratoire a déjà développé une technologie pour récupérer l'énergie de plusieurs nanofils.

Étant donné que le processus chimique par lequel les fils peuvent être développés est peu coûteux, à un moment donné, il peut être pratique de produire de grands réseaux capables de fournir suffisamment de puissance pour l'électronique grand public. Nous pouvons les cultiver sur des substrats polymères à très faible coût, dit Wang. Notre objectif est de les mettre un jour à la place des gens afin que vous puissiez générer de l'électricité lorsque vous marchez.

Avant de pouvoir développer des dispositifs alimentés par des nanofils, les chercheurs devront cependant trouver des moyens de connecter tous les nanofils aux circuits. Ça dit Yi Cui , professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'Université de Stanford, sera un défi mais devrait être réalisable. En effet, Wang estime que sur la base de ses progrès actuels, des prototypes d'appareils fonctionneront d'ici cinq ans.

Une des premières applications des nanogénérateurs est d'alimenter un capteur de glucose implanté sous la peau du bras. Un tel capteur transmettrait les lectures de glycémie à une montre-bracelet et, selon Cui, un jour, l'implant du capteur pourrait libérer automatiquement de l'insuline en cas de besoin.

Les matériaux piézoélectriques sont fréquemment utilisés dans les dispositifs à micro-échelle. La nouveauté de cette application est la facilité avec laquelle les nanogénérateurs peuvent être fabriqués à l'échelle nanométrique, selon Jun Liu , chercheur au Pacific Northwest National Laboratory. De tels fils minces peuvent être pliés plus que l'oxyde de zinc en vrac sans se rompre, ce qui permet d'appliquer plus de contrainte et donc de générer plus d'électricité. Je pense que c'est un travail très important, dit Liu. [Wang] a fait des choses que les gens soupçonnaient d'être possibles, mais qui n'ont jamais réussi.

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