L'internet des objets : des capteurs et des appareils auto-alimentés désormais possibles grâce à de nouveaux matériaux

03 March 2020
L'internet des objets : des capteurs et des appareils auto-alimentés désormais possibles grâce à de nouveaux matériaux

Un matériau doté de propriétés thermoélectriques a été inventé par des chercheurs de l'Institut de physique des solides de l'Université technologique de Vienne. Ce matériau convertit la chaleur incidente en électricité afin de générer suffisamment d'énergie pour alimenter des dispositifs. C'est plus que suffisant pour les capteurs et autres petits appareils électroniques qui sont de plus en plus nombreux dans le monde de l'Internet des objets. S'il est adopté à grande échelle, il représentera une avancée significative dans l'alimentation des appareils basés sur l'Internet sans nécessiter l'augmentation collatérale de la capacité de production d'énergie à mesure que le monde des télécommunications déploie les réseaux 5G. Elle pourrait atténuer considérablement l'augmentation de la capacité énergétique, ce qui a des répercussions sur les émissions de gaz à effet de serre des centrales électriques émettant des combustibles fossiles.

des centrales électriques émettant des combustibles fossiles, et sur le changement climatique. L'université a déposé deux brevets et travaille avec son partenaire AVL Graz, l'Institut national de la science des matériaux au Japon et l'Académie chinoise des sciences pour commercialiser cette découverte. Si elle est adoptée à grande échelle, elle pourrait représenter une percée importante dans le domaine de l'internet et de l'IdO.


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Un matériau aux propriétés thermoélectriques a été inventé par des chercheurs de l'Institut de physique des solides de l'Université technologique de Vienne. Combinant de fines couches de fer, de vanadium, de tungstène et d'aluminium et les appliquant sur un cristal de silicium, le matériau convertit la chaleur incidente en électricité pour générer suffisamment d'énergie pour alimenter les appareils. La quantité d'électricité produite n'est pas très importante, mais elle est plus que suffisante pour les capteurs et autres petits appareils électroniques qui se multiplient dans le monde de l'Internet des objets (IoT).

Le flux thermoélectrique rend ce matériau différent

Trois caractéristiques du matériau et quelques notions de physique fondamentale rendent possible ses capacités de production d'énergie. Les minces réseaux de matériaux métalliques combinés, lorsqu'ils sont appliqués sur le silicium, modifient le positionnement des atomes dans la structure globale.

Lorsque les grilles sont posées pour la première fois, chacun des composants métalliques a une structure uniforme, c'est-à-dire que les atomes de fer se trouvent les uns à côté des autres. Mais en combinaison avec le silicium, les atomes de fer s'entrecroisent soudainement avec les atomes de vanadium, d'aluminium et de tungstène de manière aléatoire, créant un arrangement atomique irrégulier qui modifie ses propriétés électroniques. Cela permet à la faible résistance électrique créée par une source de chaleur externe de se déplacer d'une partie de la structure cristalline vers des zones de plus basse température.

Dans un récent communiqué de presse de l'université, le professeur ErnstBauer, qui dirige le laboratoire de physique des solides, déclare"La charge électrique se déplace à travers le matériau d'une manière spéciale, de sorte qu'elle est protégée des processus de diffusion. Les parties de la charge qui se déplacent à travers le matériau sont appelées "Weyl Fermions".

Si vous ne connaissez pas les Fermions de Weyl comme moi, ils ont été découverts pour la première fois en 2015 et sont des quasi-particules sans masse que l'on trouve dans des matériaux spéciaux qui se déplacent à travers eux. Cela crée un flux thermoélectrique.

L'effet Seebeck produit l'électricité

Les matériaux thermoélectriques ont une capacité unique de convertir la chaleur en électricité. Appelé l'effet Seebeck, il se produit lorsqu'un matériau présente un gradient de température entre ses deux extrémités. L'énergie produite a tendance à être si faible et la plupart du temps, nous l'ignorons. Mais ce nouveau matériau crée un effet thermoélectrique 2,5 fois ou plus que tous les matériaux thermoélectriques créés à ce jour. En même temps, le matériau transfère le flux thermoélectrique sans transférer la chaleur. Cela en fait un matériau idéal pour les appareils électroniques fonctionnant sans pile ni fil.

L'électricité pour l'IdO

Le nombre croissant d'appareils électroniques dans le monde de l'IdO (qui devrait atteindre les billions d'ici une ou deux décennies) signifie que les besoins en énergie pourraient augmenter de manière exponentielle. La découverte de l'université de Vienne pourrait atténuer l'augmentation spectaculaire de la capacité énergétique, qui a des implications sur les émissions de gaz à effet de serre des centrales électriques émettant des combustibles fossiles, et sur le changement climatique.

Les capteurs et autres appareils électroniques auxquels est fixé un petit élément thermoélectrique efficace pourraient utiliser des sources de chaleur résiduelle pour déclencher l'effet thermoélectrique.

L'université a déposé deux brevets et travaille avec son partenaire AVL Graz, l'Institut national des sciences des matériaux au Japon et l'Académie des sciences chinoise pour commercialiser cette découverte. Si elle est largement adoptée, elle représentera une percée significative dans l'alimentation des appareils basés sur Internet sans nécessiter l'augmentation collatérale de la capacité de production d'énergie à mesure que le monde des télécommunications déploiera les réseaux 5G.

 

Auteur : Len Rosen

Crédit d'image : Rapports de GE

Cet article a été publié à l'origine sur 21e siècle