L'image du haut montre le processus où les nanorubans piézoélectriques sont décollés d'un substrat hôte et placés sur du caoutchouc. L'image du milieu est une photographie de la puce piézo-caoutchouc. L'image du bas est un schéma du circuit de récupération d'énergie, qui génère de l'énergie lorsqu'il est plié. Crédit :Avec l'aimable autorisation de Michael McAlpine/Université de Princeton
Les films en caoutchouc générateurs d'énergie développés par les ingénieurs de l'Université de Princeton pourraient exploiter les mouvements naturels du corps tels que la respiration et la marche pour alimenter les stimulateurs cardiaques, téléphones portables et autres appareils électroniques.
Le matériel, composé de nanorubans céramiques noyés sur des feuilles de caoutchouc silicone, génère de l'électricité lorsqu'il est fléchi et est très efficace pour convertir l'énergie mécanique en énergie électrique. Les chaussures faites de ce matériau pourraient un jour récolter le martèlement de la marche et de la course pour alimenter les appareils électriques mobiles. Placé contre les poumons, les feuilles du matériau pourraient utiliser des mouvements respiratoires pour alimenter les stimulateurs cardiaques, évitant le besoin actuel de remplacement chirurgical des batteries qui alimentent les appareils.
Un papier sur le nouveau matériel, intitulé "Rubans piézoélectriques imprimés sur du caoutchouc pour une conversion d'énergie flexible, " a été publié en ligne le 26 janvier, dans Nano lettres, un journal de l'American Chemical Society. La recherche a été financée par la United States Intelligence Community, une coopérative d'agences fédérales de renseignement et de sécurité nationale.
Yi Qi, chercheur postdoctoral à l'Université de Princeton, contient un morceau de caoutchouc de silicone imprimé avec un matériau ultra-mince qui génère de l'électricité lorsqu'il est fléchi. La technologie pourrait fournir une source d'énergie pour les appareils mobiles et médicaux. Crédit :Frank Wojciechowski
L'équipe de Princeton est la première à combiner avec succès silicone et nanorubans de titanate de zirconate de plomb (PZT), un matériau céramique piézoélectrique, ce qui signifie qu'il génère une tension électrique lorsqu'une pression lui est appliquée. De tous les matériaux piézoélectriques, PZT est le plus efficace, capable de convertir 80% de l'énergie mécanique qui lui est appliquée en énergie électrique.
"Le PZT est 100 fois plus efficace que le quartz, un autre matériau piézoélectrique, " a déclaré Michael McAlpine, professeur de génie mécanique et aérospatial, à Princeton, qui a mené le projet. "Vous ne générez pas autant d'énergie en marchant ou en respirant, vous voulez donc l'exploiter aussi efficacement que possible."
Les chercheurs ont d'abord fabriqué des nanorubans PZT - des bandes si étroites que 100 s'emboîtent côte à côte dans un espace d'un millimètre. Dans un processus séparé, ils ont intégré ces rubans dans des feuilles transparentes de caoutchouc de silicone, créant ce qu'ils appellent des "puces piézo-caoutchouc". Parce que le silicone est biocompatible, il est déjà utilisé pour les implants cosmétiques et les dispositifs médicaux. "Les nouveaux dispositifs de récupération d'électricité pourraient être implantés dans le corps pour alimenter en permanence des dispositifs médicaux, et le corps ne les rejetterait pas, " a déclaré McAlpine.
En plus de produire de l'électricité lorsqu'elle est fléchie, l'inverse est vrai :le matériau fléchit lorsqu'on lui applique un courant électrique. Cela ouvre la porte à d'autres types d'applications, comme l'utilisation de dispositifs microchirurgicaux, dit McAlpine.
"La beauté de ceci est que c'est évolutif, " dit Yi Qi, un chercheur postdoctoral qui travaille avec McAlpine. "Au fur et à mesure que nous nous améliorons dans la fabrication de ces puces, nous pourrons en fabriquer des feuilles de plus en plus grandes qui récolteront plus d'énergie."
