Les ingénieurs du MIT ont créé un nouveau film polymère capable de générer de l'électricité en puisant dans une source omniprésente :la vapeur d'eau.

Le nouveau matériau change de forme après avoir absorbé de minuscules quantités d'eau évaporée, lui permettant de se recroqueviller de haut en bas à plusieurs reprises. Exploiter ce mouvement continu pourrait entraîner des membres robotiques ou générer suffisamment d'électricité pour alimenter des dispositifs micro et nanoélectroniques, tels que les capteurs environnementaux.

"Avec un capteur alimenté par une batterie, vous devez le remplacer périodiquement. Si vous possédez cet appareil, vous pouvez récupérer l'énergie de l'environnement pour ne pas avoir à la remplacer très souvent, " dit Mingming Ma, un post-doctorant à l'Institut David H. Koch du MIT pour la recherche intégrative sur le cancer et auteur principal d'un article décrivant le nouveau matériel dans le numéro du 11 janvier de Science .

"Nous sommes très enthousiasmés par ce nouveau matériau, et nous nous attendons à ce que nous atteignions une plus grande efficacité dans la conversion de l'énergie mécanique en électricité, ce matériau trouvera des applications encore plus larges, " dit Robert Langer, le professeur David H. Koch Institute au MIT et auteur principal de l'article. Ces applications potentielles comprennent à grande échelle, générateurs à vapeur d'eau, ou des générateurs plus petits pour alimenter les appareils électroniques portables.

Les autres auteurs de l'article scientifique sont Liang Guo et Daniel Anderson, postdoctorants du Koch Institute, le professeur agrégé Samuel A. Goldblith de génie chimique et membre du Koch Institute et de l'Institute for Medical Engineering and Science du MIT.

Récupérer de l'énergie

Le nouveau film est composé d'un réseau imbriqué de deux polymères différents. L'un des polymères, polypyrrole, forme une matrice dure mais flexible qui fournit un support structurel. L'autre polymère, polyol-borate, est un gel mou qui gonfle lorsqu'il absorbe de l'eau.

Les efforts précédents pour fabriquer des films sensibles à l'eau n'ont utilisé que du polypyrrole, qui montre à lui seul une réponse beaucoup plus faible. "En incorporant les deux types différents de polymères, vous pouvez générer un déplacement beaucoup plus important, ainsi qu'une force plus forte, " dit Guo.

Le film récupère l'énergie trouvée dans le gradient d'eau entre les environnements secs et riches en eau. Lorsque le film de 20 micromètres d'épaisseur repose sur une surface contenant même une petite quantité d'humidité, la couche inférieure absorbe l'eau évaporée, forçant le film à s'enrouler loin de la surface. Une fois le bas du film exposé à l'air, il libère rapidement l'humidité, des galipettes en avant, et recommence à se recroqueviller. Au fur et à mesure que ce cycle se répète, le mouvement continu convertit l'énergie chimique du gradient d'eau en énergie mécanique.

De tels films pourraient agir comme des actionneurs (un type de moteur) ou des générateurs. En tant qu'actionneur, le matériau peut être étonnamment puissant :les chercheurs ont démontré qu'un film de 25 milligrammes peut soulever une charge de lames de verre 380 fois son propre poids, ou transporter une charge de fils d'argent 10 fois son poids, en travaillant comme un puissant « mini tracteur » hydraulique. En utilisant uniquement de l'eau comme source d'énergie, ce film pourrait remplacer les actionneurs électriques maintenant utilisés pour contrôler les petits membres robotiques.

"Il n'a pas besoin de beaucoup d'eau, " dit Ma. "Une très petite quantité d'humidité serait suffisante."

Générer de l'électricité

L'énergie mécanique générée par le matériau peut également être convertie en électricité en couplant le film polymère avec un matériau piézoélectrique, qui convertit la contrainte mécanique en charge électrique. Ce système peut générer une puissance moyenne de 5,6 nanowatts, qui peuvent être stockés dans des condensateurs pour alimenter des dispositifs microélectroniques à très faible consommation, tels que les capteurs de température et d'humidité.

S'il est utilisé pour produire de l'électricité à plus grande échelle, le film pourrait récupérer l'énergie de l'environnement, par exemple, lorsqu'il est placé au-dessus d'un lac ou d'une rivière. Ou, il pourrait être attaché aux vêtements, où la simple évaporation de la sueur pourrait alimenter des dispositifs tels que des capteurs de surveillance physiologique. "Vous pourriez courir ou exercer et produire de l'énergie, " dit Guo.

A plus petite échelle, le film pourrait alimenter des systèmes microélectriques et mécaniques (MEMS), y compris les capteurs environnementaux, ou même des appareils plus petits, comme la nanoélectronique. Les chercheurs travaillent désormais à améliorer l'efficacité de la conversion de l'énergie mécanique en énergie électrique, ce qui pourrait permettre à des films plus petits d'alimenter des appareils plus gros.