Un nouveau type de matériau ultra-efficace et nano-fin pourrait faire progresser l’électronique auto-alimentée, les technologies portables et même les stimulateurs cardiaques alimentés par les battements du cœur.
Le matériau piézoélectrique flexible et imprimable, qui peut convertir une pression mécanique en énergie électrique, a été mis au point par une équipe de recherche australienne dirigée par l’université RMIT.
Il est 100 000 fois plus fin qu’un cheveu humain et 800 % plus efficace que les autres matériaux piézoélectriques basés sur des matériaux non toxiques similaires.
Fait important, les chercheurs affirment qu’il peut être facilement fabriqué par une méthode rentable et commercialement évolutive, en utilisant des métaux liquides.
Le chercheur principal, le Dr Nasir Mahmood, a déclaré que ce matériau, présenté en détail dans une nouvelle étude de Materials Today, constituait une étape majeure vers la réalisation du plein potentiel des dispositifs de collecte d’énergie entraînés par le mouvement.
« Jusqu’à présent, les piézoélectriques nano-minces les plus performants étaient basés sur le plomb, un matériau toxique qui ne convient pas à un usage biomédical« , a déclaré M. Mahmood, chercheur au RMIT.
« Notre nouveau matériau est basé sur l’oxyde de zinc non toxique, qui est également léger et compatible avec le silicium, ce qui facilite son intégration dans l’électronique actuelle. »
« Il est si efficace qu’il suffit d’une seule couche de 1,1 nanomètre de notre matériau pour produire toute l’énergie nécessaire à un nanodispositif entièrement autonome. »
Les applications biomédicales potentielles du matériau comprennent les biocapteurs internes et les biotechnologies auto-alimentées, comme les dispositifs qui convertissent la pression sanguine en source d’énergie pour les stimulateurs cardiaques.
Les piézoélectriques nanométriques pourraient également être utilisés dans le développement de capteurs d’oscillation intelligents pour détecter les défauts dans les infrastructures telles que les bâtiments et les ponts, en particulier dans les régions sujettes aux tremblements de terre.
Parmi les exemples de technologies de récupération de l’énergie qui pourraient être mises au point grâce à l’intégration de ce nouveau matériau, citons les chaussures de course intelligentes permettant de recharger les téléphones portables et les sentiers intelligents qui exploitent l’énergie des pas.
Nanogénérateur flexible : comment le matériau est fabriqué
Le nouveau matériau est produit à l’aide d’une méthode d’impression sur métal liquide, mise au point par le RMIT.
L’oxyde de zinc est d’abord chauffé jusqu’à ce qu’il devienne liquide. Ce métal liquide, une fois exposé à l’oxygène, forme une couche nanométrique sur le dessus – comme la peau du lait chauffé lorsqu’il refroidit.
Le métal est ensuite roulé sur une surface pour imprimer des feuilles nanométriques d’oxyde de zinc.
Cette technique innovante permet de produire rapidement des feuilles d’oxyde de zinc à grande échelle et est compatible avec n’importe quel procédé de fabrication, y compris le procédé « roll-to-roll » (R2R).
Les chercheurs travaillent maintenant sur des détecteurs d’ultrasons destinés à la défense et à la surveillance des infrastructures, et étudient le développement de nanogénérateurs pour la collecte d’énergie mécanique.
« Nous souhaitons explorer les possibilités de collaboration commerciale et travailler avec les industries concernées pour mettre sur le marché de futurs nanodispositifs de production d’énergie« , a déclaré M. Mahmood.
Cette recherche est financée par le Conseil australien de la recherche et le Centre d'excellence de l'ARC pour les technologies électroniques à faible consommation d'énergie (FLEET).
L'équipe reconnaît le soutien du RMIT Micro Nano Research Facility (MNRF) et Microscopy and Microanalysis Facility (RMMF), du CSIRO, du Multi-modal Australian Science Imaging and Visualisation Environment (MASSIVE), du National Computational Infrastructure National Facility et du Pawsey Supercomputer Centre.
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