L'effet triboélectrique est un phénomène où une charge est générée sur deux matériaux dissemblables lorsque les matériaux s'écartent après avoir été en contact l'un avec l'autre. Les nanogénérateurs triboélectriques (TENG) utilisent cet effet pour convertir le mouvement mécanique en énergie électrique. La compacité des TENG leur permet d'être utilisés comme des appareils portables qui peuvent exploiter le mouvement du corps pour alimenter l'électronique. Étant portables, l'accent est mis sur les propriétés du tissu (telles que le confort du matériau) et la capacité de charge des nanogénérateurs. De manière générale, les matériaux triboélectriques choisis pour le nanogénérateur doivent être sûrs, compatibles avec le corps humain (biocompatibles), souples et respirants tout en étant capables de maintenir une performance de sortie électrique élevée.

Parmi les nombreux matériaux envisagés pour les TENG, les fibres électrofilées sont un candidat prometteur car elles sont légères, solides et ont des propriétés électriques souhaitables. L'électrofilage est une technique par laquelle des solutions de polymères sont étirées en fibres en utilisant une charge électrique. Des efforts sont en cours pour ajouter des métaux aux fibres électrofilées afin d'améliorer le potentiel électrostatique et les capacités de piégeage de charge. Mais cela a conduit à faire des compromis entre le confort et les performances de sortie du matériau.

Dans une étude récente publiée dans Nano Energy , des chercheurs de l'Université de Fukui, au Japon, et de l'Université de Nanjing, en Chine, ont mis au point une couche composite entièrement fibreuse TENG (AF-TENG) qui peut facilement être intégrée à un tissu normal. "Avec notre travail, nous visons à fournir un nouveau point de vue sur les récupérateurs d'énergie portables et les textiles intelligents", déclare le Dr Hiroaki Sakamoto, l'auteur correspondant de l'étude.

L'AF-TENG contient une membrane triboélectrique composée de deux couches de fibres électrofilées, l'une d'un matériau appelé fluorure de polyvinylidène (PVDF) et l'autre d'un type de nylon. Des nanofils d'argent recouvrent ces couches. Les chercheurs ont en outre ajouté une couche de fibres de polystyrène électrofilées entre les nanofils d'argent et la membrane triboélectrique.

Le mouvement mécanique du corps lors de la marche ou de la course amène les couches triboélectriques à acquérir une charge. De cette façon, l'énergie mécanique est convertie en énergie électrique, qui peut être utilisée pour alimenter des appareils électroniques.

Normalement, l'accumulation de charge sur la surface triboélectrique est progressivement perdue ou dissipée, ce qui réduit la densité de charge de surface et les performances de sortie du nanogénérateur. Cependant, dans ce cas, la membrane de polystyrène ajoutée recueille et piège la charge, conservant la densité de charge de surface de l'AF-TENG. Les chercheurs ont utilisé l'AF-TENG pour allumer 126 LED commerciales évaluées chacune à 0,06 Watt, démontrant la faisabilité du nanogénérateur. De plus, selon le Dr Sakamoto, "Le dispositif de génération d'énergie est flexible et respirant puisque tous les composants sont composés de matériaux en fibres. Cet appareil montre un grand potentiel pour récupérer l'électricité statique de nos vêtements."

Alors que les TENG sont actuellement limités à l'alimentation d'appareils de faible puissance tels que les LED et les calculatrices, les améliorations de la portabilité et des performances de sortie font partie intégrante de la future technologie portable. + Explorer plus loin

Comment alimenter l'électronique en utilisant le mouvement mécanique