(PhysOrg.com) -- Pour alimenter un très petit appareil comme un stimulateur cardiaque ou un transistor, vous avez besoin d'un générateur encore plus petit. Les composants qui actionnent le générateur sont encore plus petits, et l'efficacité de ces composants fondamentaux est essentielle à la performance de l'appareil global.

Pour son doctorat. au Georgia Institute of Technology, Xudong Wang, professeur adjoint en sciences des matériaux et en ingénierie à l'Université du Wisconsin-Madison, faisait partie d'une équipe qui a développé un nanogénérateur piézoélectrique et expérimenté une variété de matériaux pour l'alimenter.

L'équipe a découvert que les nanofils d'oxyde de zinc, qui ont six côtés, cristaux en forme de colonne, pourrait produire 10 nanowatts par centimètre carré en convertissant l'énergie mécanique en électricité. L'énergie mécanique pourrait provenir de sources environnementales aussi variées que le vent, moteurs de voiture, respiration humaine, débit sanguin, mouvements du corps, ou vibrations acoustiques et ultrasonores.

Alors que l'avancée était passionnante, les nanofils d'oxyde de zinc avaient un faible taux d'efficacité, et maintenant à UW-Madison, Wang relève ce défi en recherchant un nouveau matériau qui pourrait rendre le nanogénérateur plus efficace et plus puissant. Un nanogénérateur optimisé pourrait alimenter de petits appareils avec un large éventail d'applications, comme les LED, MEMS, transistors et dispositifs biomédicaux tels que stimulateurs cardiaques, robots, capteurs ou diodes capteurs.

Wang développe des matériaux ferroélectriques qui pourraient produire des nanofils avec un potentiel électrique 10 fois supérieur à celui d'origine en oxyde de zinc. L'augmentation se produit parce que le cristal d'un matériau ferroélectrique est composé d'atomes spatialement déséquilibrés qui produisent automatiquement, polarisation permanente dans le matériau. Lorsque Wang introduit une contrainte à l'intérieur de ce cristal déséquilibré, la polarisation est renforcée, créant une quantité importante de potentiel électrique.

Très peu d'énergie mécanique serait nécessaire pour alimenter le nouveau nanogénérateur, car même une petite quantité de déplacement a un effet plus important sur les matériaux à l'échelle nanométrique que les matériaux ordinaires - une théorie que Wang a l'intention de prouver dans son laboratoire.

Un défi consiste à fabriquer les nanofils ferroélectriques, qui est un processus plus compliqué que la fabrication de nanofils d'oxyde de zinc. Pour faire croître les nanofils ferroélectriques, Wang utilise un procédé au sel fondu. Le chlorure de sodium fondu agit comme milieu réactionnel pour aider les nanofils à s'auto-assembler à partir de précurseurs à environ 1, 500 degrés Fahrenheit. Chaque nanofil est 10, 000 fois plus petit qu'un seul cheveu humain.

« Nous étudions actuellement le potentiel qui peut être généré par de tels nanofils lorsqu'ils sont déviés en utilisant la microscopie à force atomique, " dit Wang.

L'objectif ultime de Wang est de créer un véritable nanogénérateur capable d'alimenter une variété de petits appareils. Étant donné que le générateur nécessiterait une si petite quantité d'énergie provenant de sources qui fournissent de l'énergie en continu, il pourrait servir essentiellement de batterie éternelle.

Fourni par l'Université du Wisconsin-Madison (actualité :web)