Algue synhéique bsée sur des films piézoélecriques R. Séveno 1, T. Dufy 1, B. Guiffrd 1 e J. C. Thoms 2 21 ocobre 2016 1. Insiu d élecronique e de Télécommunicions de Rennes (IETR), UMR CNRS 6164 2. Insiu de Recherche en Génie Civil e Mécnique (GeM), UMR CNRS 6183
Objecif Récupérion d énergie propre pr l civion de couches minces piézoélecriques souples pr un simple courn mrin Principe de piézoélecricié Propriéés recherchées - Flexible - Robuse - Énche - Bon rendemen énergéique - Simple de fbricion - Peu cher
Objecif Films PVDF flexibles 6.600 /m² non oriené,16.300 /m² oriené Cérmiques mssives piézoélecriques - Très for coefficiens piézoélecriques - Rigidié imporne Soluion lernive: films de PZT déposés sur feuille méllique - CSD compible vec un rnsfer à l indusrie - Subsr compible vec le procédé de fbricion
Choix du subsr Goodfellow d, mrch 2015 Mel Fusion T ( C) Young modulus (GP) Therml expnsion coefficien ( 10-6 K -1 ) Densiny (g/cm 3 ) Price ( /m²) Th= 10 µm plinum 1772 276 9 21.5 87300 copper 1083 17 9 63200 124 Sinless seel 1400 200 18 7.9 9810 nickel 1453 177 13 8.3 1200 luminum 660 69 23 303 2.7 ungsen 3410 411 4.5 19.3 157600 molybdenum 2617 329 5 10.2 8980 Aluminium commercil: 0.13 /m²!!
Films minces piézoélecriques de PZT 2 cm Film de PZT sur feuille d luminium Découpble Formes 3D low cos: 280 /m² 0.5 cm 4 cm = 5.6 cens CSD process
Crcérisions clssiques Polrision du mériu Crcérision srucurle Crisllision du PZT > 600 ºC Desrucion de l lu > 660 ºC PZT/Al P r (µc/cm²) E c (kv/cm) ε r@1 khz sns RuO 2 25 125 292 vec RuO 2 24 41 552
Crcérision piézoélecrique 2 0 2 2 2 0 0 1 1 + = f f Q f f d d poure Al/PZT/Al Vibromère lser généreur de ension oscilloscope Modèle de l oscilleur linéire
Crcérision piézoélecrique 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 nm Wihou RuO 2 d 31 (pc/n) % mol. Zr 0 31 0 4 2 3 2 2 3 4 2 2 31 0 4 6 4 2 ) ( 6 V d V w w s s s s s s s s l l l s s d d b e p p p p p p p p e b e p p = + + + + + = β coeff. piézoélecrique bs RuO 2 d 31 3 Poure 0.3 cm 1 cm Subsr non dpé + Fible riemen hermique
Crcérision piézoélecrique 1.1 cm 3.2 cm Al/PZT/Al 10 V@12 Hz grnds déplcemens pour de bsses ensions ppliquées
Crcérision piézoélecrique 75 V@0.5 Hz Déplcemens visibles loin de l résonnnce 10 V@1 Hz
R. Séveno Journée «récupérion de l énergie des vgues» Nnes - 21 ocobre 2016 Proecion du film piézoélecrique 4 cm Feuille de PET commercil 1.4 /m²
Mesures de puissnces élecriques 180 120 Ryon de courbure ~ 1 cm Volge (mv) 60 0-60 -120-180 1 2 3 4 Time (s)
Mesures de puissnces élecriques Bsses fréquences [0.3 Hz 8 Hz] Bonne enue mécnique dns le emps
Effes de l inerfce d oxyde I 0 U R 8 PZT/Al C (nf) I 0 /f (na/hz) Densié d énergie (µj/cm 3 ) sns RuO 2 165 410 79 vec RuO 2 325 550 61 Meilleur e moins cher
Essi en bssin
Essi en bssin Résuls d expérience @1Hz - Courn piézoélecrique: 573 na - Densié d énergie: 53 µj/cm 3 - Tension de sorie : 350 mv Poins à méliorer - Choix du polymère d encpsulion - Géomérie d élecrodes
Influence de l géomérie du généreur Mode 33: Chmp élecrique produi dns l même direcion que l conrine subie Si élecrodes iner-digiées (IDEs) sur l surfce du piézo e disnce enre élecrodes djcenes = 100-200 µm Mode 31 Mode 33 Kim e l, J. Microelecromech. Sys. 2013, 22, 26 33
Influence de l géomérie du généreur Avnges: - Généreurs rès performns Inconvéniens: - Polrision difficile - Technologie de poine - Prix élevé K.-I. Prk, J. H. Son, G.-T. Hwng, C. K. Jeong, J. Ryu, M. Koo, I. Choi, S. H. Lee, M. Byun, Z. L. Wng, e K. J. Lee, «Highly-Efficien, Flexible Piezoelecric PZT Thin Film Nnogeneror on Plsic Subsres», Adv. Mer., vol. 26, n o 16, p. 2514-2520, vr. 2014
Influence de l géomérie du généreur
R. Séveno Journée «récupérion de l énergie des vgues» Nnes - 21 ocobre 2016 Prochines épes - Rélision de généreurs flexibles sns pln de msse pr voie chimique - Développemen de généreurs flexibles sns plomb - Tes des nouveux prooypes d lgues piézoélecriques