Le professeur Zhong Lin Wang présentant un transistor FET de plus grande taille. © Georgia Institute of Technology

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Alimenter des Mems grâce à des nanopoils !

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Des chercheurs de l'Université de Californie espèrent produire de l'électricté à l'aide de nanofils... en imitant les cils de notre oreille interne.

Alors que le secteur des nanotechnologies est en plein essor, le problème de l'alimentation reste un point délicat. Malgré des avancées récentes dans le domaine, comme récemment la pile nucléaire de l'Université du Missouri, le dilemme est loin d'être résolu. Si la promesse de piles atomiques de plus en plus petites laisse entrevoir l'alimentation des Mems issus de la micro-électronique, il en est autrement pour les nanomachines potentielles. En effet même si l'usage des émissions radioactives d'isotopes pourrait à terme faire l'objet de dispositifs de l'épaisseur d'un cheveu, à l'échelle du nanomètre (10-9 mètre), ces derniers seraient encore encombrants.

C'est en prenant le problème à l'envers qu'un équipe de l'Université de l'Illinois (à Urbana-Champaign) a mis au point un surprenant nanogénérateur utilisant l'effet piézoélectrique. L'expérience consistait à tendre un nanofil de titanate de baryum (BaTiO3) de 250 nanomètres de diamètre et 15 micromètres de longueur. En mettant ce fil en mouvement par une simple vibration, par exemple un son, les chercheurs obtenaient un courant électrique d'une intensité de 0,3 x 10-18 joule. Avec cette expérience, de nouvelles perspectives s'ouvraient dans la quête de l'autonomie des Mems et des nanomachines.

Un poil d'énergie

Si les premiers pas des scientifiques de l'Illinois sont concluants, il reste un problème majeur. En effet le nanofil doit être maintenu par les deux bouts, une contrainte gênante pour un usage concret. En lieu et place du titanate de baryum, un matériau différent doit être utilisé. C'est sur cette piste que les chercheurs de Georgia tech (Georgia Institute of Technology) se sont engagés. Les scientifiques se sont inspirés des stéréocils, présents notamment dans notre oreille interne, qui vibrent sous l'effet des ondes sonores pour créer un signal nerveux.

Nanotransistor observé au microscope à balayage électronique.
© Georgia Institute of Technology

Pour imiter les cils, Zhong Lin Wang, professeur de science et génie des matériaux, a eu recours à l'oxyde de zinc pour réaliser un fil de 25 nanomètres de diamètre maintenu par une base en or, elle-même maintenue dans un polymère. Les propriétés semi-conductrices du zinc font de ce minuscule fil un transistor à effet de champ ou FET (Field-Effect Transistor) qui sous l'effet d'un mouvement génère du courant électrique, de très faible intensité, mais suffisant dans le cadre de la micro-électronique et des nanomachines.

Pour générer le mouvement, un gaz a par exemple été projeté sur le nanofil. A terme il serait possible de capter l'énergie dispersée dans des environnements tels que le corps humain (battements de cœur, vibrations musculaires...) voire le bruit d'une ville! 

Il reste aux chercheurs à obtenir une conductivité du courant fiable. A terme les nanofils pourraient remplacer les actuelles prothèses auditives avec l'avantage d'être énergétiquement autonomes. En tirant l'énergie des mouvements du corps, ils pourraient aussi alimenter des capteurs pour prévenir des maladies du sang ou plus utopique, des nanorobots à même d'effectuer des interventions précises dans notre organisme.