Récupération d'énergie à l'échelle microscopique à l'aide de nanostructures piezo-semiconductrices.
Résumé
La diminution de la consommation énergétique des dispositifs électroniques permet dorénavant l'utilisation des sources d'énergies ambiantes pour des dispositifs autonomes miniatures comme des capteurs sans fils ou des microsystèmes électromécaniques (MEMS). Différents types de récupérateurs d'énergie ont été développés utilisant par exemple des poutres piézoélectriques pour convertir l'énergie cinétique des vibrations mécaniques en énergie électrique. Ces microgénérateurs apparaissent ainsi comme une excellente alternative aux batteries électrochimiques, palliant leurs principaux défauts (durée de vie limitée, encombrement, toxicité). Les récents progrès obtenus dans les processus de fabrication autorisent une maîtrise accrue des compositions chimiques et des caractéristiques géométriques à l'échelle de quelques nanomètres. Des nanogénérateurs constitués de rangées de nanofils aux propriétés piézoélectriques et semiconductrices ont été développés avec des résultats prometteurs [Wang, Science, 2007]. Le travail présenté porte sur le développement d'un modèle de nanogénérateur à base de nanofils d'oxyde de zinc (ZnO). La modélisation et la caractérisation du nanogénérateur comportent deux niveaux : un niveau microscopique (nanofil) et un niveau macroscopique (générateur). Le modèle du nanofil utilise une approche mixte analytique et numérique et permet de calculer le potentiel électrostatique créé par flexion. Le couplage entre l'effet piézoélectrique et l'effet semiconducteur est particulièrement pris en compte. La modélisation du générateur utilise une approche de type circuit électrique équivalent et permet l'étude du générateur couplé au circuit électronique externe de récupération. Une méthode de caractérisation des nanofils est en cours de mise en place. Les caractéristiques mécaniques et électriques (permittivité, conductivité) à l'échelle microscopique seront mesurées à l'aide d'un microscope à force atomique. A l'échelle macroscopique, la caractérisation électrique du nanogénérateur sera effectuée sur une station de mesures sous pointes permettant la mesure de faibles courants électriques. Les résultats de simulation obtenus à l'aide du modèle complet seront confrontés aux résultats expérimentaux issus de ces deux séries de mesures.
Origine : Accord explicite pour ce dépôt
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