Piezoelectric Fibers for Sensing and Energy Generation

Au cours de la dernière décennie, la recherche et le développement de générateurs fibrés a reçu une attention significative en raison de la popularité grandissante des appareils électroniques que l'on peut porter, tels que les écrans sur vêtements, les dispositifs de réalité virtuelle, les senseurs médicaux/cliniques portables et les montres intelligentes. Parmi les générateurs fibrés, les fibres piézoélectriques qui opèrent en se basant sur l'effet piézoélectrique sont spécialement attrayantes, parce qu'elles peuvent convertir les vibrations mécaniques de la vie quotidienne (causées par exemple par la marche, les courants d'air ou les battements cardiaques) en signaux électriques. Pour augmenter le potentiel des technologies portables, des textiles piézoélectriques pour alimenter les dispositifs électroniques ont été fabriqués en intégrant les fibres piézoélectriques dans des fibres commerciales utilisant les techniques de fabrication conventionnelles. Les fibres piézoélectriques peuvent aussi avoir des applications techniques dans les domaines de l'information et des communications, dans l'automatisation industrielle, dans le diagnostic médical, dans le control du trafic et dans le secteur de la défense. Par exemple, ces fibres pourraient être implantées dans les avions et les véhicules pour surveiller l'intégrité de la structure mécanique, ainsi qu'alimenter les systèmes électroniques embarqués tels que les réseaux de senseurs sans-fil (WSN) à faible puissance. D'autres applications incluent les détecteurs acoustiques de haute-sensibilité pour la détection des ondes sonores, les actuateurs de micro-positionnement pour les microscopes à force atomique (AFM), les microscopes à effet tunnel (STM), les miroirs laser d'alignement et les dispositifs médicaux implantables (IMD). Encouragés par le marché sans cesse grandissant des appareils électroniques portatifs, des efforts substantiels ont été investis dans la fabrication de fibres piézoélectriques. Aujourd'hui, la plupart des fibres piézoélectriques existantes sont fabriquées soit en faisant croître des nanostructures piézoélectriques dans un filament conducteur ou en extrudant des polymères piézoélectriques avec des polymères conducteurs par trempe sur roue (melt-spinning). La performance et les applications de ces fibres piézoélectriques sont limitées par leur géométries simpliste, leur grandes taille, leur faible fiabilité mécanique, leur coût élevé et leur faible réponse piézoélectrique. Cette thèse a pour objectif de démontrer des fibres piézoélectriques micro et nanostructurées pouvant répondre à ces limitations.