WEB Nano Saclay
• Flagship 2020-2024 : NanoVIBES (Nanomaterials and nano-structured architectures for micro-devices harvesting mechanical energies)
NanoVIBES

« Imaginez un monde où les micro-dispositifs tels que les capteurs connectés ou les implants médicaux puiseraient l’énergie dont ils ont besoin pour fonctionner directement dans leur environnement ! » Tel est aujourd’hui le souhait de nombreuses entreprises/startups utilisant ces microsystèmes et confrontées au problème récurrent du coût élevé et du temps de vie limité des batteries. 

L’autonomie énergétique des micro-dispositifs connectés est aujourd’hui un enjeu majeur aux fortes retombées économiques et environnementales. Avec la miniaturisation des systèmes et donc la réduction de leur consommation énergétique (quelques mW, voire µW), et les avancées technologiques en micro-nano-fabrication, de nouvelles perspectives s’ouvrent pour développer des systèmes d’alimentation autonomes basés sur la récupération des énergies renouvelables. Ce défi est au cœur de notre projet qui vise à développer des générateurs efficaces intégrant des nanomatériaux aux propriétés piézo-, ferro-, ou triboélectriques exaltées du fait de leurs dimensions, capables de convertir les énergies mécaniques environnantes en une énergie électrique directement utilisable.

Le développement de générateurs capables de remplacer les batteries existantes requiert de définir chaque « brique de construction » du système d’alimentation autonome en accord avec les conditions d’utilisation et les spécificités de l’application pour laquelle il est dédié, tout en tenant compte des aspects de coût et de durabilité qui sont des paramètres importants dans la mise en place de telles solutions alternatives.

Pour ce faire, le projet propose une démarche multi-échelles originale basée sur deux approches menées en parallèle :  

  1. Approche fondamentale : Cette approche vise à adresser les challenges fondamentaux qui doivent être relevés en amont de la conception d’un générateurs pour que celui-ci ait la capacité de remplacer les batteries existantes dans les micro-dispositifs. Ainsi, le projet mettra en place des méthodes de synthèse innovantes de matériaux structurés aux échelles nanométriques afin d’exacerber le couplage électromécanique du nanomatériau actif et ainsi approcher au mieux les caractéristiques optimales permettant de répondre aux spécifications de l’application visée. Les propriétés de conversion seront quantifiées aux échelles nano- et macroscopiques, notamment à l’aide d’un AFM/Resiscope qui sera spécifiquement adapté pour coupler des mesures de quantité de charges générées à des mesures mécaniques.
     
  2. Approche appliquée : Cette approche constitue la grande originalité du projet, puisque jamais considérée dans la démarche scientifique sur ce sujet. Les spécificités des applications à alimenter constitueront le point de départ pour fabriquer les générateurs intégrant les nanomatériaux. Ainsi la nature et l’amplitude des déformations mécaniques imposées par l’application seront définies et simulées. Combinées aux contraintes dimensionnelles et besoins en énergie de l’application, différentes architectures de convertisseurs seront définies, fabriquées, et caractérisées dans des conditions « réelles » en étant couplées à l’application. Pour ce faire, en étroite collaboration avec des partenaires industriels travaillant sur des applications pour lesquelles l’intérêt d’auto-alimentation est marqué, le projet adressera 3 véhicules de tests qui seront fabriqués sur les bases technologiques développées dans le consortium.

Le projet, regroupant six acteurs majeurs du Labex NanoSaclay (C2N, MSSMAT, SPMS, GeePs, Gemac et LSI) est de nature fortement pluridisciplinaire adressant les domaines de la physique, de la chimie, de l’électronique et de la mécanique. L’étroite synergie entre les deux approches – fondamentale et appliquée – porte le caractère novateur du projet. Grâce au large choix de nanomatériaux couvert par le consortium et à leurs propriétés spécifiques, le projet permet de répondre aux spécifications de dispositifs rigides/souples/conformables/bio-compatibles, de petites/grandes dimensions, et aux contraintes liées à leur environnement (milieu agressif, rayonnement, biocompatibilité…). Les travaux du consortium, en plus d’adresser des défis scientifiques majeurs, apporteront des briques indispensables, et valorisables en matière de brevets, à un futur transfert technologique pour répondre à des enjeux majeurs dans le domaine de la récupération des énergies renouvelables.

Contact : , C2N

 

 

 

 
#208 - Màj : 20/02/2020
 

 

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