Base de connaissances

Megdich, A.; Habibi, M.; Laperrière, L.; Li,, Z.; Abdin, Y. (2024). Enhanced piezoelectric performance of PVDF/MWCNTs energy harvester through a 3D-printed multimodal auxetic structure for smart security systems. Materials Today Sustainability, Vol. 27, September 2024, 100847.

Les récupérateurs d’énergie piézoélectriques (PEHs) ont suscité un intérêt considérable au cours des dernières décennies en raison de leur capacité à convertir l’énergie mécanique en énergie électrique. Cependant, le paysage actuel se caractérise par un manque de variété structurelle, ce qui limite le potentiel d’améliorations de performance notables et l’expansion des applications de ces dispositifs. Pour relever ces défis, trois structures de métamatériaux distinctes sont étudiées par le biais de simulations numériques dans cette étude. Une forme réentrante auxétique avec des dimensions soigneusement optimisées a été identifiée comme le meilleur choix pour le développement d’un PEH efficace en fluorure de polyvinylidène/multi-tubes de carbone (PVDF/MWCNTs) avec une composition optimisée. Cette structure présente une capacité remarquable à activer trois modes piézoélectriques différents. Étant donné qu’il y a une polarisation dans la direction z, la structure active à la fois les modes d31 et d32 lors de l’étirement dans la direction x, tirant parti du coefficient de Poisson négatif de la structure et générant une tension de circuit ouvert de 14,8 V. En revanche, la compression dans la direction z active le mode d33, ce qui entraîne une tension à circuit ouvert de 28,2 V. Ce design permet au collecteur de charger un condensateur de 1 μF à 22 V en 260 s. La faisabilité de la structure est d’autant plus prouvée par sa fabrication utilisant la technologie d’impression 3D par modélisation par dépôt de fil fondu (FDM). Pour étendre davantage sa praticité et son application dans le monde réel, le PEH peut être intégré de manière transparente dans les revêtements de sol commerciaux, industriels et résidentiels à grande échelle, offrant une approche novatrice des systèmes de sécurité. Dans cette approche innovante, le PEH PVDF/MWCNTs convertit la force de compression des pas en signaux électriques. Ces signaux servent de déclencheurs pour un système d’alarme intégré. Essentiellement, le signal électrique fonctionne comme un interrupteur : sa transmission agit comme un interrupteur fermé qui déclenche l’activation du système d’alarme. Inversement, l’absence du signal est un interrupteur ouvert, indiquant qu’aucune force externe n’agit sur les tuiles et qu’une condition de sécurité est maintenue. Remarquablement, le PEH peut produire une tension de 19,8 V lorsqu’il est activé par les pas d’une personne de 60 kg, démontrant ainsi son utilité pratique.

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