Les feuilles flexibles capturent l'énergie du mouvement

Des chercheurs de l'Université de Princeton ont créé un matériau flexible qui récolte des quantités record d'énergie lorsqu'il est stressé. Les chercheurs disent que le matériau pourrait être incorporé dans les semelles de chaussures pour alimenter des appareils électroniques portables, ou même placé sur les poumons d'un patient cardiaque pour recharger un stimulateur cardiaque pendant qu'il respire.

Augmentez votre puissance : Un chercheur de Princeton tient un carré de silicone incrusté d'un ruban d'un matériau cristallin qui génère un courant électrique lorsqu'il est fléchi.

Le caoutchouc récupérateur d'énergie prend en sandwich des rubans d'un matériau piézoélectrique appelé PZT entre des morceaux de silicone. Lorsqu'il est sollicité mécaniquement, un matériau piézoélectrique génère une tension qui peut être utilisée pour produire un courant électrique ; un courant peut également être reconverti en mouvement mécanique.

Le matériau en caoutchouc peut exploiter 80 % de l'énergie appliquée lorsqu'il est fléchi, soit quatre fois plus que les matériaux piézoélectriques flexibles existants.

La flexibilité pourrait s'avérer vitale si la technologie de récupération d'énergie doit décoller. Par exemple, l'armée a testé des chaussures piézoélectriques à semelle rigide comme source d'alimentation, mais les soldats se sont plaints de douleurs aux pieds. Et les précédents collecteurs d'énergie flexibles, basés sur des polymères piézoélectriques, des nanofils ou d'autres types de cristaux, émettaient peu de courant électrique.

Le PZT est le matériau piézoélectrique le plus efficace connu, mais sa structure cristalline signifie qu'il doit être cultivé à des températures élevées, qui font normalement fondre un substrat flexible. Les chercheurs de Princeton, dirigés par un professeur de génie mécanique Michael McAlpine , a contourné ce problème en fabriquant du PZT à haute température, puis en transférant de minces rubans du matériau sur du silicone.

Tout d'abord, les chercheurs traitent le PZT avec un bain de gravure chimique qui enlève un mince ruban de la surface du cristal. Ils récupèrent ensuite le ruban à l'aide d'un tampon polymère et le placent sur un film silicone avant de le recouvrir d'un deuxième morceau de silicone et de le sceller. Tous les processus que nous utilisons pour fabriquer des rubans PZT flexibles sont extrêmement simples et directs, explique McAlpine. Surtout, les chercheurs ont découvert que le processus ne compromet pas l'efficacité de conversion d'énergie de PZT.

Tests de preuve de concept décrits cette semaine dans la revue Lettres nano montrent que les rubans PZT recouverts de caoutchouc conservent leur efficacité de conversion de puissance élevée. McAlpine dit que le processus d'impression simple devrait facilement évoluer pour produire des feuilles plus grandes; il a déposé un brevet sur le procédé.

McAlpine se concentre particulièrement sur les applications biomédicales du matériau et affirme que cela pourrait réduire le nombre d'interventions chirurgicales que les patients porteurs d'implants doivent subir. Par exemple, les médecins pourraient placer une feuille génératrice d'énergie contre les poumons pendant la chirurgie initiale ; le mouvement constant des organes pourrait aider à recharger une batterie, dit McAlpine.

Jim Grotberg , professeur de chirurgie et de génie biomédical à l'Université du Michigan, affirme que la surveillance sans fil et l'administration de médicaments aux patients souffrant de problèmes médicaux chroniques sont d'autres applications potentielles. Si vous avez un capteur qui surveille la fréquence cardiaque, l'activité cérébrale ou la pression artérielle, ou un système d'injection d'insuline implantable, vous avez besoin d'une batterie, dit-il.

Le PZT lui-même n'est pas biocompatible - le p vient du symbole chimique du plomb, l'un de ses composants avec le zirconium et le titane. Mais les rubans de cristal sont complètement encapsulés dans du silicone, un matériau approuvé par la Food and Drug Administration des États-Unis pour les implants médicaux.

Même les tests sur les animaux sont encore loin. Mais les chercheurs de Princeton fabriquent maintenant des prototypes de dispositifs à partir des feuilles pour tester la quantité d'électricité qu'ils peuvent générer lorsqu'ils sont intégrés dans des chaussures.

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