Le premier capteur auto-alimenté à l’échelle du nano

Des chercheurs de l’Université de Georgie (USA) ont annoncé fin mars avoir créé les premiers capteurs à l’échelle nanométrique alimentés par des nanogénérateurs piézo-électriques.

Ces capteurs sont pourvus de milliers de nanofils capables de générer de l’électricité lorsqu’ils sont soumis à des contraintes mécaniques. Ces nouveaux dispositifs permettraient ainsi de mesurer le pH de divers liquides ou de détecter la présence de la lumière ultraviolette.

Bien qu’un seul nanogénérateur contient au moins 20.000 nanostructures d’oxyde de zinc, les chercheurs estiment que regroupés, ils peuvent produire jusqu’à 1,2 volts.

Les tests effectués avec près d’un millier de nanogénérateurs – ne possédant aucune pièce mécanique en mouvement – ont montré qu’ils pouvaient être exploités dans le temps sans perte de capacité de production.

"Nous avons démontré que nous pouvions récupérer l’énergie et l’utiliser pour alimenter des capteurs à l’échelle nanométrique", a déclaré Zhong Lin Wang, professeur à l’École des sciences des matériaux et en génie à l’Université technologique de Géorgie. "Nous avons maintenant une feuille de route technologique pour rendre ces nanogénérateurs vraiment pratiques."

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La sortie de courant alternatif des nanogénérateurs dépend de la quantité de déformation appliquée. "À une vitesse de déformation de moins de deux pour cent par seconde, nous pouvons produire une tension de sortie de 1,2 volts", a déclaré Wang. "La puissance de sortie est couplée avec la charge externe."

Les nanogénérateurs latéraux intégrant 700 rangées de nanofils d’oxyde de zinc produisent un pic de tension de 1,26 volts. Dans un autre nanogénérateur, l’intégration verticale de trois couches de nanofils d’oxyde de zinc ont produits une puissance crête de 2,7 milliwatts par centimètre cube.

L’équipe du Pr. Wang a jusqu’ici conçu deux minuscules capteurs qui sont basés sur des nanofils d’oxyde de zinc et alimentés par des nanogénérateurs. Ainsi, en mesurant l’amplitude de variations de tension aux bornes du dispositif lorsqu’ils sont exposés à différents liquides, l’un des capteurs a permis de mesurer l’acidité de liquides (Ph). Le second nanocapteur quant à lui, va s’attacher  à détecter la présence ou non de lumière ultraviolette.

Les nouveaux générateurs et nanocapteurs ouvrent de nouvelles possibilités pour de très petits dispositifs de détection pouvant fonctionner sans piles, alimentés par l’énergie mécanique issue de leur environnement immédiat. Les sources d’énergie pourraient pourquoi pas inclure le mouvement des marées, les ondes sonores, les vibrations mécaniques, le battement d’un drapeau dans le vent, la pression des chaussures d’un randonneur ou encore le mouvement des vêtements.

"Nous devons être en mesure de fabriquer les nanogénérateurs d’une manière durable et mobile. Nous pourrons mettre ces dispositifs dans un environnement où ils fonctionneront de façon autonome et durable sans avoir besoin d’une batterie." a précisé pour conclure le professeur Wang.