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Nanogénérateurs: les choses les plus intelligentes que vous n’avez jamais vues

Nanogénérateurs: les choses les plus intelligentes que vous n’avez jamais vues

Les progrès incroyables de la nanotechnologie, y compris l'électronique biomédicale et portable, nécessitent des innovations dans les sources d'énergie appropriées. La technologie des nanogénérateurs progresse pour répondre à ce besoin.

Que sont les nanogénérateurs

Le mot nano veux dire milliardième, donc un nanomètre est un milliardième de mètre. C'est le petit monde dans lequel fonctionnent les nanogénérateurs, visibles uniquement à travers des microscopes de haute puissance. La production d'électricité à cette échelle nécessite des méthodes spécialisées de récupération d'énergie. Les trois types de nanogénérateurs actuellement en développement par des chercheurs du monde entier sont les piézoélectriques, triboélectriques et pyroélectriques. Alors, comment fonctionnent ces petites merveilles?

Nanogénérateurs piézoélectriques

[Source de l'image: Wikimédia]

Les nanogénérateurs piézoélectriques utilisent l'effet piézoélectrique pour générer de l'électricité. Du mot grec piezéine, sens presse, l'effet piézoélectrique décrit la création d'un champ électrique en réponse à la déformation de la structure cristalline du matériau. Cela se produit en raison du changement de position relative des molécules polarisées dans la structure. La déformation peut se produire par l'application d'une pression directe ou par des vibrations.

Nanogénérateurs triboélectriques

[Source de l'image: Wikimédia]

L'effet triboélectrique régit le fonctionnement des nanogénérateurs triboélectriques. D'un autre mot grec tribo, sens frotter, l'effet triboélectrique est le phénomène par lequel les électrons sont transférés d'un matériau à un autre par contact, créant une différence de potentiel électrique entre les deux surfaces.

Nanogénérateurs pyroélectriques

Comme vous vous en doutez, les nanogénérateurs pyroélectriques utilisent - vous l'avez deviné - l'effet pyroélectrique. Cet effet décrit la génération d'une tension via un différentiel thermique. La génération de tension se produit dans certains matériaux lorsqu'ils sont chauffés, en raison de petits changements de position des atomes polarisés dans la structure.

Anatomie d'un nanogénérateur

[Source de l'image: Wikimédia]

Le choix des matériaux qui composent un nanogénérateur dépend de sa méthode de collecte d'énergie. Un groupe de chercheurs de premier plan dans le domaine de la technologie des nanogénérateurs travaille au Georgia Institute of Technology. Cette équipe, dirigée par le professeur Zhong Lin Wang, concentre ses efforts sur les nanogénérateurs piézoélectriques, utilisant des nanofils d'oxyde de zinc (ZnO).

Une autre équipe de recherche a adopté une approche différente de la production de piézoélectricité à l'échelle nanométrique. Leur matériau de choix est le titanate de zirconate de plomb (PZT). Ce matériau est cependant extrêmement cassant, propriété problématique pour un matériau sous contrainte. L'équipe a mis au point un moyen unique de contourner ce problème, en formant le PZT en nanorubans et en les mettant en forme de vague.

Applications

Des capteurs à l'électronique portable, l'éventail des nanotechnologies disponibles s'élargit chaque année. Les incroyables innovations en biomédecine de ces dernières années rappellent nos rêves de science-fiction des années 1980. Les dispositifs médicaux implantables nécessitent une alimentation constante et fiable, et la chirurgie invasive pour remplacer les batteries est une solution loin d'être parfaite. Les mouvements automatiques du corps, y compris le rythme cardiaque et la respiration, pourraient fournir l'énergie cinétique requise par les nanogénérateurs piézoélectriques. Le plus petit des mouvements produit des frictions, avec le potentiel d'alimenter des nanogénérateurs triboélectriques. L'énergie thermique résiduelle abonde dans le corps humain, fournissant du carburant aux nanogénérateurs pyroélectriques.

[Source de l'image: Wikimédia]

2012 a vu des progrès massifs dans la densité de puissance de sortie des nanogénérateurs et le nombre croissant de chercheurs dans le monde ne montre aucun signe de ralentissement de ces progrès. De la technologie intégrée dans vos vêtements aux implants sous la peau, les nanogénérateurs promettent de rendre l'avenir de la nanotechnologie beaucoup plus convivial.

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Écrit par Jody Binns

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