Un nouveau cristal incroyable transforme la lumière en travail mécanique

Jul 07, 2023

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Cette avancée majeure pourrait supprimer notre besoin de batteries encombrantes et toute la gestion thermique qui en découle.

Presque toutes les formes de technologie grand public moderne sont alimentées par de l’énergie électrochimique, également connue sous le nom de batteries. Les batteries lithium-ion, par exemple, transforment les réactions chimiques en énergie continue tout en produisant quelques effets secondaires (principalement de la chaleur). Mais et s’il existait un autre moyen d’alimenter les gadgets, par exemple les lasers ?

C'est l'idée derrière de nouvelles recherches du Département de génie chimique et biologique et de CU-Boulder. Dans une nouvelle étude publiée ce mois-ci dans la revue Nature Materials, l'équipe, dirigée par le professeur de génie chimique et électrique Ryan Hayward, a exploré les moyens d'exploiter de minuscules cristaux et de transformer directement la lumière en travail mécanique. À grande échelle, une telle avancée pourrait éliminer le besoin de batteries volumineuses et toute la gestion thermique qui en découle.

"Nous supprimons les intermédiaires, pour ainsi dire, et prenons l'énergie lumineuse et la transformons directement en déformation mécanique", a déclaré Hayward dans un communiqué de presse.

Ces cristaux photomécaniques sont noyés dans un matériau polymère, un peu comme une éponge percée de minuscules trous. À mesure que les cristaux se développent dans ces trous, leur durabilité et leur capacité à produire de l’énergie augmentent considérablement lorsqu’ils sont exposés à la lumière. Cela amène le matériau à plier ou à soulever des objets (ce que Hayward décrit comme une « déformation »), ce qui peut imiter un moteur ou un actionneur mécanique lorsqu'il est placé dans les bonnes conditions.

Et ce « moteur » alimenté par la lumière peut être d’une puissance impressionnante. Dans une expérience, une bande de cristaux de 0,02 mg a réussi à soulever une boule de nylon de 20 mg. Bien qu’il ne s’agisse pas d’une quantité énorme, son poids représente néanmoins 10 000 fois la masse collective des cristaux.

Il s’agit d’une grande amélioration par rapport aux travaux antérieurs de l’équipe visant à induire une réaction photochimique dans des solides cristallins. Parce que « l’ordre structurel élevé » de ces cristaux limitait leur flexibilité, ils se craquaient souvent lorsqu’ils étaient exposés à la lumière. Mais les microcristaux enfermés dans une résine polymère thermoplastique sont plus capables de se plier. Non seulement cela permettait une plus grande flexibilité, mais le matériau pouvait également survivre à au moins une centaine de cycles, rapporte l'étude.

À l’avenir, la technologie doit être beaucoup plus efficace pour que quiconque commence à envisager l’idée qu’elle pourrait usurper les batteries en tant que source d’alimentation mobile de référence. Mais les performances améliorées du nouveau matériau, par rapport aux tentatives précédentes, sont certainement passionnantes à voir.

« Nous avons encore du chemin à parcourir, notamment en termes d'efficacité, avant que ces matériaux puissent réellement rivaliser avec les actionneurs existants », explique Hayward. « Mais cette étude constitue un pas important dans la bonne direction et nous donne une feuille de route sur la manière dont nous pourrions y parvenir dans les années à venir. »

Darren vit à Portland, a un chat et écrit/édite sur la science-fiction et le fonctionnement de notre monde. Vous pouvez retrouver ses travaux précédents sur Gizmodo et Paste si vous cherchez suffisamment.

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