[Article] Alliage à mémoire de forme et polymère piézoélectrique couplés pour la récupération d’énergie

Résumé

La récupération d'énergie à petite échelle pour alimenter des appareils électroniques autonomes est en plein essor. Dans ce contexte, la capacité à combiner la récupération des énergies thermique et mécanique à l'aide de matériaux intelligents mérite de plus amples études. Nous présentons la faisabilité d'utiliser un polymère piézoélectrique P(VDF-TrFE) couplé à un alliage à mémoire de forme (SMA)  NiTi pour récolter à la fois l'énergie mécanique et l’énergie thermique dans des dispositifs simples et évolutifs. Un nouveau composite hybride composé de SMA et de poly(fluorure de vinylidène-co-trifluoroéthylène) (P (VDF-TrFE)) a été développé sans aucun composite complexe ou structure à motifs, couplant l'effet piézoélectrique du (P(VDF-TrFE)) et l’effet de transformation martensitique de l’alliage à mémoire de forme NiTi. Nous avons également fabriqué un dispositif multicouche SMA/PEN/P(VDF-TrFE) utilisant de l'époxy comme interface et couche de liaison. Pendant la flexion, le P(VDF-TrFE) présentant une surface active de 3,68 cm2 a généré une tension de sortie de 8 V et une puissance de sortie de 6,25 mW. Lorsqu'il est couplé avec le NiTi pour créer un composite hybride thermoélectrique, lors d’une variation de température, le dispositif peut convertir le changement de phase associé au SMA, et ainsi l'énergie thermique est convertie en énergie mécanique puis en énergie électrique. Il s'agit d'une approche prometteuse pour le développement ultérieur de dispositifs hybrides de récupération d'énergie, pour l'alimentation de dispositifs électroniques à petite échelle tels que des capteurs, des MEMS ou des dispositifs biomédicaux.

Ces travaux ont été réalisés en collaboration entre les laboratoires IJL et LEM3 et financés par le programme Lorraine Université d’Excellence (LUE).

Auteurs

Sunija Sukumaran, Samir Chatbouri, Laurent Badie, Frederic Thiebaud, Tarak Ben Zineb and Didier Rouxel

Références

Journal of Intelligent Material Systems and Structures 1–14, 2022

DOI

https://www.doi.org/10.1177/1045389X221111550