Les scientifiques créent une `` feuille '' ultra mince qui pourrait recharger nos téléphones en récoltant le Wifi dans les airs

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Les scientifiques créent une `` feuille '' ultra mince qui pourrait recharger nos téléphones en récoltant le Wifi dans les airs

Par Good News Network - 29 janv.2019
Christine Daniloff / MIT News

Conversion de signaux Wi-Fi en électricité avec de nouveaux matériaux 2-D
Un appareil fabriqué à partir de matériaux flexibles et peu coûteux pourrait alimenter l'électronique de grande surface, les appareils portables, les appareils médicaux, etc.
Écrit par Rob Matheson
Nouvelles du MIT

Imaginez un monde où les smartphones, ordinateurs portables, appareils portables et autres appareils électroniques sont alimentés sans piles. Les chercheurs du MIT et d'ailleurs ont fait un pas dans cette direction, avec le premier appareil entièrement flexible qui peut convertir l'énergie des signaux WiFi en électricité qui pourrait alimenter notre électronique.

Les appareils qui convertissent les ondes électromagnétiques CA en électricité CC sont appelés «rectennes». Dans une étude récemment publiée qui apparaît dans La nature,les chercheurs démontrent un nouveau type de rectenne qui utilise une antenne flexible à radiofréquence (RF) qui capture les ondes électromagnétiques - y compris celles transportant le WiFi - sous forme de formes d'onde CA.

L'antenne est ensuite connectée à un nouveau dispositif constitué d'un semi-conducteur bidimensionnel de quelques atomes d'épaisseur seulement. Le signal alternatif se déplace dans le semi-conducteur, ce qui le convertit en une tension continue qui pourrait être utilisée pour alimenter les circuits électroniques ou recharger les batteries.

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De cette façon, l'appareil sans batterie capture et transforme passivement les signaux WiFi omniprésents en une alimentation CC utile. De plus, le dispositif est flexible et peut être fabriqué dans un processus rouleau à rouleau pour couvrir de très grandes surfaces.

«Et si nous pouvions développer des systèmes électroniques que nous enroulerions autour d'un pont ou couvririons une autoroute entière, ou les murs de notre bureau et apporterions l'intelligence électronique à tout ce qui nous entoure? Comment fournissez-vous de l'énergie à ces appareils électroniques? dit le co-auteur de l'article Tomás Palacios, professeur au Département de génie électrique et d'informatique du MIT.

`` Nous avons trouvé une nouvelle façon d'alimenter les systèmes électroniques du futur - en récoltant l'énergie WiFi d'une manière qui est facilement intégrée dans de grandes zones - pour apporter de l'intelligence à chaque objet autour de nous. ''

Dans les expériences, l'appareil des chercheurs peut produire environ 40 microwatts d'énergie lorsqu'il est exposé aux niveaux de puissance typiques des signaux WiFi (environ 150 microwatts). C'est plus qu'assez de puissance pour allumer une LED ou piloter des puces de silicium.

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Les premières applications prometteuses de la rectenne proposée comprennent l'alimentation de l'électronique flexible et portable, des dispositifs médicaux et des capteurs pour «l'Internet des objets». Les smartphones flexibles, par exemple, sont un nouveau marché brûlant pour les grandes entreprises technologiques.

Une autre application possible est d'alimenter les communications de données des dispositifs médicaux implantables, explique le co-auteur Jesús Grajal, chercheur à l'Université technique de Madrid. Par exemple, les chercheurs commencent à développer des pilules qui peuvent être avalées par les patients et à renvoyer les données de santé vers un ordinateur pour les diagnostics.

«Idéalement, vous ne voulez pas utiliser de piles pour alimenter ces systèmes, car si elles fuient du lithium, le patient pourrait mourir», explique Grajal. «Il vaut beaucoup mieux récupérer l'énergie de l'environnement pour alimenter ces petits laboratoires à l'intérieur du corps et communiquer des données à des ordinateurs externes.»

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Toutes les rectennes s'appuient sur un composant appelé «redresseur», qui convertit le signal d'entrée CA en alimentation CC. Les rectennes traditionnelles utilisent du silicium ou de l'arséniure de gallium pour le redresseur. Ces matériaux peuvent couvrir la bande WiFi, mais ils sont rigides. Et, bien que l'utilisation de ces matériaux pour fabriquer de petits appareils soit relativement peu coûteuse, les utiliser pour couvrir de vastes zones, telles que les surfaces des bâtiments et des murs, serait prohibitif. Les chercheurs tentent depuis longtemps de résoudre ces problèmes. Mais les quelques rectennes flexibles signalées jusqu'à présent fonctionnent à basses fréquences et ne peuvent pas capturer et convertir des signaux en fréquences gigahertz, où se trouvent la plupart des signaux de téléphone portable et de WiFi pertinents.

Pour construire leur redresseur, les chercheurs ont utilisé un nouveau matériau 2-D appelé bisulfure de molybdène (MoS2), qui à trois atomes d'épaisseur est l'un des semi-conducteurs les plus minces au monde. Ce faisant, l'équipe a exploité un comportement singulier de MoS2: lorsqu'ils sont exposés à certains produits chimiques, les atomes du matériau se réorganisent d'une manière qui agit comme un interrupteur, forçant une transition de phase d'un semi-conducteur à un matériau métallique. La structure résultante est connue sous le nom de diode Schottky, qui est la jonction d'un semi-conducteur avec un métal.

`` En concevant le MoS2 en une jonction de phase semi-conductrice métallique 2D, nous avons construit une diode Schottky ultra fine et atomique qui minimise simultanément la résistance en série et la capacité parasite '', explique le premier auteur et postdoctorant de l'EECS Xu Zhang.

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La capacité parasite est une situation inévitable en électronique où certains matériaux stockent un peu de charge électrique, ce qui ralentit le circuit. Une capacité plus faible signifie donc une augmentation des vitesses de redressement et des fréquences de fonctionnement plus élevées. La capacité parasite de la diode Schottky des chercheurs est d'un ordre de grandeur inférieure à celle des redresseurs flexibles de pointe actuels, elle est donc beaucoup plus rapide à la conversion du signal et lui permet de capturer et de convertir jusqu'à 10 gigahertz de signaux sans fil.

`` Une telle conception a permis à un appareil entièrement flexible qui est suffisamment rapide pour couvrir la plupart des bandes de radiofréquences utilisées par notre électronique quotidienne, y compris le WiFi, Bluetooth, le LTE cellulaire et bien d'autres '', explique Zhang.

Les travaux rapportés fournissent des plans pour d'autres appareils WiFi-à-électricité flexibles avec une sortie et une efficacité substantielles. L'efficacité de sortie maximale de l'appareil actuel est de 40%, selon la puissance d'entrée du WiFi. Au niveau de puissance WiFi typique, l'efficacité énergétique du redresseur MoS2 est d'environ 30%. Pour référence, les rectennes d'aujourd'hui en silicium rigide ou plus coûteux en arséniure de gallium atteignent environ 50 à 60%.

L'équipe prévoit maintenant de construire des systèmes plus complexes et d'améliorer l'efficacité.

Réimprimé avec la permission de MIT News

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