L'autonomie est une caractéristique très attendue des microsystèmes de nouvelle génération, tels que les capteurs à distance, gadgets électroniques portables, biocapteurs implantables et nanorobots. Les chercheurs de la KAUST dirigés par Husam Alshareef, Jr-Hau He et Khaled Salama ont développé de petits appareils autonomes en intégrant des unités d'alimentation sans entretien qui produisent et utilisent leur propre carburant au lieu de dépendre d'une source d'alimentation externe.

Les nanogénérateurs triboélectriques (TENG) captent l'énergie mécanique de leur environnement, tels que les vibrations et les mouvements aléatoires produits par les humains, et le convertir en électricité. Dans ces petits générateurs, le contact de friction entre des matériaux de polarité différente crée des surfaces chargées de manière opposée. Les frottements répétés font sauter les électrons entre ces surfaces, entraînant une tension électrique.

"Nous avons exploité cet effet triboélectrique pour récupérer de l'énergie à partir de mouvements simples, comme les applaudissements des mains, tapotement des doigts et mouvements de routine de la main, piloter différents types de capteurs, " dit Alshareef.

Les chercheurs ont développé un photodétecteur auto-alimenté en couplant le polymère polydiméthylsiloxane (PDMS) à base de silicone en tant que TENG avec un matériau appelé pérovskite aux halogénures organométalliques. Le matériau à base d'halogénure de plomb présente des propriétés optoélectroniques qui sont souhaitables dans les cellules solaires et les diodes électroluminescentes.

Pour rationaliser leur conception et éliminer le besoin d'un actionneur de mouvement, Son équipe a fabriqué le photodétecteur à l'aide de deux feuilles multicouches à base de polymère séparées par un petit espace. Une feuille comprenait le film ultramince de pérovskite tandis que l'autre contenait une couche de PDMS. L'écart a permis à l'équipe d'exploiter l'effet triboélectrique lorsque l'appareil a été activé par tapotement du doigt.

"L'appareil auto-alimenté a montré une excellente réactivité à la lumière incidente, surtout lorsqu'il est exposé à une lumière de faible intensité, " dit Mark Leung, l'auteur principal de l'étude sur les photodétecteurs. En raison de ses composants polymères flexibles et transparents, il a également conservé ses performances après avoir été plié 1, 000 fois et quelle que soit l'orientation de la lumière incidente.

Repousser les limites plus loin, les chercheurs ont conçu un bracelet auto-alimenté portable qui peut stocker l'énergie mécanique convertie en combinant un nanogénérateur de silicone intégré à la fibre de carbone avec des microsupercondensateurs MXene².

Ils ont incorporé un nanogénérateur et des condensateurs électrochimiques miniaturisés dans un seul dispositif monolithique enrobé de caoutchouc de silicone. La coque étanche et extensible a fourni un bracelet souple et doux qui épouse parfaitement le corps. Les fluctuations de la séparation peau-silicone ont modifié l'équilibre de charge entre les électrodes, provoquant le va-et-vient des électrons à travers le TENG et la charge du microsupercondensateur.

En plus de présenter une durée de vie plus longue et un temps de charge court, Les microsupercondensateurs MXene peuvent accumuler plus d'énergie dans une zone donnée que les couches minces et les micro-batteries, offrant des unités de stockage d'énergie à petite échelle plus rapides et plus efficaces pour l'électricité générée par TENG. Lorsqu'il est actif, le bracelet peut utiliser l'énergie stockée pour faire fonctionner divers appareils électroniques, comme les montres et les thermomètres.

« Notre objectif ultime est de développer une plate-forme de capteurs autoalimentés pour un suivi personnalisé de la santé, " dit Qiu Jiang, étudiant au doctorat, l'auteur principal du projet de bande auto-rechargeable. L'équipe prévoit maintenant d'introduire des capteurs dans le système pour détecter des biomarqueurs dans la sueur humaine.