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Un nouveau nanogénérateur
Les biocapteurs sans fil qui surveillent les agents pathogènes dans l'eau et mesurent la pression artérielle ou les biomarqueurs du cancer dans le corps se réduisent à des dimensions nanométriques. Pour les faire fonctionner, les chercheurs recherchent des sources d'énergie tout aussi petites. Les nanofils qui convertissent l'énergie mécanique en électricité sont une technologie prometteuse.
Ligne électrique: À l'aide d'une configuration de laboratoire simple, les chercheurs ont montré que les nanofils en titanate de baryum peuvent convertir l'énergie mécanique en électricité. L'avancée pourrait conduire à des nanogénérateurs qui alimentent de minuscules capteurs biologiques, des nanodispositifs et des appareils électroniques portables.
Aujourd'hui, des chercheurs de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign (UIUC) ont fait le premier pas vers la construction d'un nanogénérateur à partir de titanate de baryum. Jusqu'à présent, les efforts pour fabriquer des nanogénérateurs se sont concentrés sur les nanofils d'oxyde de zinc. Mais le titanate de baryum pourrait conduire à de meilleurs générateurs car il montre un effet piézoélectrique plus fort, selon un professeur de sciences mécaniques et d'ingénierie Min-Feng Yu , qui dirige les recherches à l'UIUC. Des expériences en laboratoire montrent qu'un nanofil de titanate de baryum peut générer 16 fois plus d'électricité qu'un nanofil d'oxyde de zinc à partir de la même quantité de vibrations mécaniques, dit-il.
Les nanogénérateurs pourraient conduire à de nombreuses avancées : des capteurs biomédicaux alimentés par le flux sanguin ou les contractions musculaires, de minuscules capteurs de gaz fonctionnant grâce au vent ou aux ondes acoustiques, des moniteurs d'agents pathogènes alimentés par le flux d'eau et des appareils électroniques portables connectés à des nanofils dans les chaussures. L'idée du nanogénérateur est devenue de plus en plus convaincante, dit Yi Cui , professeur de science des matériaux et d'ingénierie à l'Université de Stanford. C'est une idée qui pourrait marcher.
En 2006, une équipe de chercheurs dirigée par Zhong Lin Wang du Georgia Institute of Technology a d'abord montré que les nanofils d'oxyde de zinc pouvaient récolter de l'énergie mécanique pour produire de l'électricité. Le groupe de Wang a depuis fait beaucoup de progrès, démontrant plus récemment un réseau de nanofils d'oxyde de zinc qui produit un courant continu en réponse aux vibrations ultrasonores. (Voir Nanogénérateur alimenté par les vibrations .)
L'équipe de l'UIUC est la première à utiliser le titanate de baryum. Dans un en ligne Lettres nano papier , Yu et ses collègues montrent que l'application de vibrations à un seul nanofil de titanate de baryum conduit à une faible production d'énergie. Dans leur expérience, les chercheurs relient un nanofil à travers un espace sur un substrat, en gardant une extrémité stationnaire et en déplaçant l'autre extrémité. L'énergie de sortie est extrêmement petite – environ 0,3 attojoule – mais pour la même configuration, un nanofil d'oxyde de zinc donne une production d'énergie 16 fois moins petite, dit Yu.
Xudong Wang , chercheur dans le groupe (aucune relation) de Zhong Lin Wang et lauréat du TR35 2007, est heureux de constater des progrès dans l'utilisation de matériaux autres que l'oxyde de zinc pour fabriquer des nanogénérateurs. Il dit que les résultats semblent prometteurs. Selon lui, le plus gros avantage de l'utilisation du titanate de baryum est qu'il est possible de générer des tensions plus élevées que l'oxyde de zinc. Ceci est très important pour une source d'alimentation.
Mais l'oxyde de zinc a ses propres avantages. Il n'est pas toxique pour les systèmes biologiques, il pourrait donc être mieux adapté que le titanate de baryum pour les dispositifs implantables. En outre, il est plus facile de contrôler la croissance de l'oxyde de zinc afin de fabriquer des réseaux de nanofils. Pour créer un appareil applicable, vous devez disposer de nombreux nanofils avec la même orientation au même endroit, explique Xudong Wang. Cela pourrait être difficile à réaliser avec le titanate de baryum.
Yu reconnaît les difficultés liées à la croissance des nanofils en titanate de baryum. Ses travaux et ceux de ses collègues sont préliminaires à ce stade, dit-il, mais ils montrent déjà le potentiel de fabriquer des nanogénérateurs plus efficaces et plus puissants. Quant à Cui, il dit que les nanogénérateurs au titanate de baryum pourraient être réalisables, mais il prévient qu'en termes de fabrication d'un appareil fonctionnel, il y a certainement encore du chemin à parcourir.