Le fil de nanotubes de carbone récolte l'énergie mécanique ...

Des chercheurs de l'Université du Texas à Dallas affirment avoir fabriqué de nouveaux fils de nanotubes de carbone qui convertissent le mouvement mécanique en électricité plus efficacement que d'autres récupérateurs d'énergie à base de matériaux. Construits un peu comme les fils de laine ou de coton traditionnels, les nouveaux fils de nanotubes de carbone (CNT) filés - appelés "twistrons" - génèrent de l'électricité lorsqu'ils sont étirés ou tordus.

Cousus dans les textiles, les twistrons peuvent détecter et récolter le mouvement humain. Lorsqu'ils sont déployés dans l'eau salée, les twistrons peuvent récolter l'énergie du mouvement des vagues océaniques. Et, disent les chercheurs, les twistrons peuvent même charger des supercondensateurs.

"Nos matériaux font quelque chose de très inhabituel", déclare le Dr Ray Baughman, directeur de l'Institut Alan G. MacDiarmid NanoTech à UT Dallas et auteur correspondant d'une étude sur la recherche. "Lorsque vous les étirez, au lieu de devenir moins denses, ils deviennent plus denses. Cette densification rapproche les nanotubes de carbone et contribue à leur capacité de récupération d'énergie."

Les twistrons sont construits à partir de CNT qui sont des cylindres creux de carbone dont le diamètre est 10 000 fois plus petit qu'un cheveu humain. Pour fabriquer des twistrons, les nanotubes sont filés par torsion en fibres ou fils légers à haute résistance, dans lesquels des électrolytes peuvent également être incorporés.

Les versions précédentes des twistrons étaient très élastiques, ce que les chercheurs ont accompli en introduisant tellement de torsion que les fils s'enroulent comme un élastique trop torsadé. L'électricité est générée par les fils enroulés en les étirant et les relâchant à plusieurs reprises, ou en les tordant et les détordant.

Avec la nouvelle version twistron, disent les chercheurs, ils n'ont pas tordu les fibres au point de s'enrouler. Au lieu de cela, ils ont entrelacé trois brins individuels de fibres de nanotubes de carbone filés pour en faire un seul fil - similaire à la façon dont les fils conventionnels utilisés dans les textiles sont construits, mais avec une torsion différente.

"Les fils retors utilisés dans les textiles sont généralement fabriqués avec des brins individuels qui sont torsadés dans une direction, puis retors dans la direction opposée pour former le fil final", explique Baughman. "Cette construction hétérochirale offre une stabilité contre la détorsion. En revanche, nos twistrons à plis de nanotubes de carbone les plus performants ont le même sens de torsion et de plis - ils sont homochiraux plutôt qu'hétérochiraux."

Dans des expériences, les fils CNT retors ont démontré une efficacité de conversion d'énergie de 17,4 % pour la récupération d'énergie de traction (étirement) et de 22,4 % pour la récupération d'énergie de torsion (torsion). Les versions précédentes des twistrons enroulés des chercheurs ont atteint une efficacité de conversion d'énergie maximale de 7,6 % pour la récupération d'énergie de traction et de torsion.

"Ces twistrons ont une puissance de sortie plus élevée par poids de moissonneuse sur une large plage de fréquences - entre 2 hertz et 120 hertz - que ce qui avait été précédemment signalé pour tout récupérateur d'énergie mécanique non torsadé et basé sur des matériaux", explique Baughman.

Les performances améliorées des twistrons retors, disent les chercheurs, résultent de la compression latérale du fil lors de l'étirement ou de la torsion. Ce processus met les plis en contact les uns avec les autres d'une manière qui affecte les propriétés électriques du fil.

Les chercheurs ont découvert que la construction du fil à partir de trois plis offrait des performances optimales. Plusieurs expériences de preuve de concept ont été menées à l'aide de twistrons à trois plis : lors d'une démonstration, les chercheurs ont simulé la génération d'électricité à partir des vagues de l'océan en fixant un twistron à trois plis entre un ballon et le fond d'un aquarium rempli d'eau salée.

Ils ont également disposé plusieurs twistrons à plis dans un réseau pesant seulement 3,2 milligrammes et les ont étirés à plusieurs reprises pour charger un supercondensateur, qui disposait alors de suffisamment d'énergie pour alimenter cinq petites diodes électroluminescentes, une montre numérique et un capteur numérique d'humidité/température.

Les chercheurs ont également cousu les fils CNT dans un patch en tissu de coton qui a ensuite été enroulé autour du coude d'une personne. Des signaux électriques ont été générés lorsque la personne a plié son coude à plusieurs reprises, démontrant l'utilisation potentielle des fibres pour détecter et récolter le mouvement humain.

Les chercheurs disent avoir déposé une demande de brevet basée sur la technologie. Pour plus d'informations, voir "Récupérateurs d'énergie mécaniques avec une efficacité de traction de 17,4 % et une efficacité de torsion de 22,4 % sur la base de fils de nanotubes de carbone à plis homochiraux."