Un nouveau matériau très efficace transforme le mouvement en énergie - sans plomb toxique
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Des scientifiques ont mis au point un nouveau matériau qui convertit le mouvement en électricité (piézoélectricité) avec une plus grande efficacité et sans utiliser de plomb toxique, ouvrant ainsi la voie à une nouvelle génération d'appareils que nous utilisons dans la vie de tous les jours.
De gauche à droite, le Dr Benjamin M. Gallant, le Dr Dominik J. Kubicki et le Dr Shrestha Banerjee devant un instrument de RMN à l'état solide dans le bâtiment des sciences moléculaires de l'université de Birmingham.
University of Birmingham/University of Oxford
Publiant leur découverte dans le Journal of the American Chemical Society aujourd'hui (26 novembre), des chercheurs de l'université de Birmingham, de l'université d'Oxford et de l'université de Bristol décrivent un matériau à la fois durable et sensible au mouvement, qui ouvre la voie à un large éventail de dispositifs innovants tels que des capteurs, des appareils électroniques portables et des dispositifs autoalimentés.
Basé sur l'iodure de bismuth, un sel inorganique à faible toxicité, le nouveau matériau souple et hybride rivalise avec les performances des céramiques traditionnelles à base de plomb, mais avec une toxicité plus faible et un traitement plus facile. Il ne contient pas de plomb par rapport aux alternatives existantes à haute performance telles que le PZT (titanate de zirconate de plomb), qui contient 60 % de plomb, et peut être produit à température ambiante plutôt qu'à 1 000 °C.
Les matériaux piézoélectriques génèrent une charge électrique lorsqu'ils sont pressés ou pliés et peuvent également se déformer lorsqu'un champ électrique est appliqué. Ils sont essentiels pour des technologies allant des actionneurs de précision - utilisés dans des produits tels que l'autofocus des appareils photo et les pompes des imprimantes à jet d'encre - aux capteurs qui captent l'énergie et sont intégrés dans des technologies portables telles que les trackers de fitness, les vêtements intelligents et les systèmes d'airbags des voitures.
L'auteur principal, le Dr Esther Hung, du département de physique de l'Université d'Oxford, qui a dirigé la recherche, a déclaré : "En affinant les interactions entre les composants organiques et inorganiques, nous avons pu créer une instabilité structurelle délicate qui brise la symétrie de la bonne manière.
"Cette interaction entre l'ordre et le désordre est ce qui donne au matériau sa réponse piézoélectrique exceptionnelle. Il s'agit d'une approche différente de la piézoélectricité par rapport aux matériaux traditionnels tels que le titanate de zirconate de plomb (PZT), et c'est ce qui a conduit à ces grandes améliorations".
Le marché mondial des matériaux piézoélectriques représente plus de 35 milliards de dollars et continue de croître rapidement - tiré par la demande dans les secteurs de l'automobile, des soins de santé, de la robotique et de l'électronique grand public, où les dispositifs qui convertissent le mouvement en électricité ou en mouvement précis sont essentiels.
Les chercheurs de l'université de Birmingham ont utilisé la diffraction des rayons X sur un seul cristal et la résonance magnétique nucléaire (RMN) à l'état solide pour comprendre le comportement du matériau. Ils ont découvert que la manière dont les parties organiques et inorganiques s'assemblent grâce à la liaison halogène peut être utilisée pour modifier le moment et la manière dont le matériau change de structure, ainsi que pour améliorer les performances piézoélectriques. Cette compréhension pourrait également être utile pour améliorer les performances piézoélectriques d'autres matériaux combinant des éléments organiques et inorganiques.
Le Dr Benjamin Gallant, de l'université de Birmingham, qui a dirigé l'étude RMN, a déclaré : "En tant que chercheur en début de carrière, il est passionnant de participer à une recherche qui a le pouvoir de transformer notre société - presque tous les appareils que nous utilisons dans notre vie quotidienne contiennent des matériaux piézoélectriques".
La recherche a été supervisée conjointement par le professeur Henry Snaith (Oxford), le Dr Harry Sansom (Bristol) et le Dr Dominik Kubicki (Birmingham), réunissant des compétences en matière de nouveaux matériaux, de conception cristalline et de caractérisation de la structure au niveau atomique.
Le Dr Dominik Kubicki, de l'université de Birmingham, a déclaré : "Avec des performances comparables à celles des piézoélectriques commerciaux, mais fabriquées à partir de bismuth non toxique, cette découverte ouvre une nouvelle voie vers des technologies respectueuses de l'environnement qui peuvent alimenter les capteurs, les implants médicaux et l'électronique flexible du futur".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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