La production de dispositifs nanométriques a considérablement augmenté avec l'essor des applications technologiques, pourtant, un inconvénient majeur de la fonctionnalité des systèmes nanométriques est le besoin d'une ressource énergétique tout aussi petite.

Pour répondre à ce besoin, Hamid Foruzande, Ali Hajnayeb et Amin Yaghootian de l'Université Shahid Charmran d'Ahvaz en Iran ont modélisé une nouvelle technologie de récupération d'énergie piézoélectrique (PEH) à l'échelle nanométrique. Dans leur récent article, publié cette semaine dans Avances AIP , l'équipe a déterminé l'impact des dimensions à petite échelle sur les vibrations non linéaires et la récupération de la tension PEH.

Les matériaux piézoélectriques génèrent de l'électricité à partir de l'application de contraintes mécaniques, et sont utilisés dans tout, des téléphones portables aux transducteurs à ultrasons. Cette électricité peut également être générée par des contraintes induites par les vibrations, permettant aux scientifiques de créer des PEH. Ces PEH peuvent être miniaturisés jusqu'à une taille micro ou nanométrique et utilisés en conjonction avec des dispositifs à l'échelle nanométrique.

"De nos jours, le besoin de nouveaux capteurs sans fil miniaturisés augmente. Ces capteurs MEMS [Micro-Electro Mechanical Systems] ou NEMS [Nano-Electro Mechanical Systems] nécessitent généralement une source d'alimentation de leur taille, " a déclaré Hajnayeb.

La récupération d'énergie piézoélectrique est un procédé bien connu pour convertir l'énergie disponible dans un environnement en énergie pouvant alimenter de petits appareils électriques. Traditionnellement, cela a été utilisé pour générer un approvisionnement énergétique autosuffisant. L'autosuffisance est hautement souhaitable pour les dispositifs à l'échelle nanométrique en raison de la nature compliquée du remplacement des petits systèmes énergétiques.

Les PEH gagnent en popularité pour les applications à l'échelle nanométrique en raison de leurs structures relativement simples, des densités d'énergie plus élevées et une capacité à être facilement réduite. Les modèles à l'échelle macro ont été largement étudiés et ont fourni une base solide pour produire des modèles à l'échelle nano. Foruzande, Hajnayeb et Yaghootian tirent parti de ces qualités adaptables et ont généré des modèles PEH à l'échelle nanométrique basés sur la théorie de l'élasticité non locale.

"Il est nécessaire d'utiliser cette théorie pour d'autres systèmes à l'échelle nanométrique et aussi les capteurs à l'échelle nanométrique, qui utilisent des matériaux piézoélectriques, " a déclaré Hajnayeb. "Ils ont la même théorie de gouvernance que nous utilisons dans notre article."

L'équipe de recherche a étudié les vibrations non linéaires et la tension sur la base de la théorie de l'élasticité non locale, qui stipule qu'une contrainte ponctuelle dépend de la déformation dans une région autour de ce point. En utilisant cette théorie, ils pourraient dériver des équations de mouvement non linéaires avec des solutions simples. Leurs résultats ont montré que l'ajout d'une masse de pointe de nanofaisceau et l'augmentation du facteur d'échelle augmenteraient la tension générée et l'amplitude des vibrations, augmentant ainsi la production d'énergie.

La modélisation des PEH à l'échelle micro et nanométrique a également permis de révéler les effets de taille de l'impact sur la sortie auxquels ils pouvaient s'attendre. Les chercheurs ont découvert que l'erreur de négliger la taille est significative lors de la comparaison des macro et micro PEH. Négliger divers effets de taille a entraîné des estimations plus faibles des vibrations du PEH.

La technologie des capteurs à l'échelle nanométrique est en train de devenir un produit très prisé dans l'industrie scientifique en raison de ses applications étendues. Avec des applications en médecine, ingénierie, physique et plus, la nanotechnologie a beaucoup à gagner à l'utilisation d'une source d'énergie stable, tels que ces PEH nouvellement modélisés.