Vers des implants médicaux alimentés par des ondes acoustiques
Les technologies de récupération de l'énergie utilisent de petites quantités d'énergie de l'environnement pour produire de l'électricité qui alimenteront des appareils pratiques. Par exemple, les appareils portables ou même implantables comme les stimulateurs cardiaques pourraient être alimentés par les mouvements du porteur. Une approche particulièrement intéressante à la récupération d'énergie profite des matériaux «piézoélectriques» qui peuvent transformer l'énergie mécanique en énergie électrique comme l'ont découvert en 1880 les frères Jacques et Pierre Curie. Très récemment, il a été avancé que les nanomatériaux piézoélectriques peuvent être plus avantageux en raison de leurs propriétés mécaniques exceptionnelles, leurs coefficients piezoélectriques plus élevés et la compatibilité avec des substrats flexibles et portables. Néanmoins, malgré les résultats préliminaires prometteurs, pour des applications pratiques, les nanogénérateurs piézoélectriques exigent des améliorations au niveau des processus de fabrication et de l'efficacité de transduction. Le projet PING («Piezoelectric nanogenerators on suspended microstructures for energy harvesting»), financé par l'UE, aborde ces questions et réalise d'importants progrès très rapidement. Plus particulièrement, les chercheurs ont tenté d'améliorer le processus de production à faible température (croissance chimique aqueuse) afin de renforcer l'homogénéité et la longueur des nanofils en oxyde de zinc. Ils ont également proposé d'améliorer le potentiel de génération d'électricité grâce à l'intégration de longs nanofils avec des ponts miniatures suspendus et des diaphragmes afin de transformer l'énergie acoustique entrante en une défection de plus grande envergure des nanofils. Le chauffage localisé au cours du processus de croissance a été adopté pour faciliter des nanofils plus longs d'une structure uniforme. L'équipe a conçu des concepts de micro-chauffage à l'aide de modèles de méthode des éléments finis et, dans le cadre des résultats préliminaires, les scientifiques ont déjà produit de très longs nanofils d'oxyde de zinc en ne réchauffant que le substrat plutôt que la solution complète. Cela a permis de réduire considérablement les déchets et la consommation d'énergie. Des techniques microscopiques de pointe ont été utilisées pour évaluer la morphologie et la cristallinité des nanofils. La technique n'est pas seulement prometteuse pour la fabrication d'appareils hautes performances, elle est également économique et respectueuse de l'environnement. La méthode de chauffage du substrat est actuellement en développement et les premiers appareils sont actuellement finalisés. PING a posé les fondements pour le développement de nanogénérateurs et nanoappareils piézoélectriques améliorés grâce à de nouvelles méthodes de traitement. Les nano-générateurs doivent se révéler adéquats dans de nombreuses applications telles que l'implantation d'appareils médicaux et les réseaux de capteurs sans fil. Une alimentation autonome éliminant le besoin de batteries rechargeables permettrait aux appareils de fonctionner tant que les matériaux tiennent.
Mots‑clés
Nano-générateur, piézo-électrique, captage d'énergie, nanofil, croissance chimique aqueuse, micro-chauffage, membrane suspendue
