Pour la plupart des gens, l'électricité statique est une nuisance légèrement douloureuse. Toutefois, ces dernières années, les ingénieurs se sont employés à exploiter ce phénomène apparemment aléatoire pour générer de petites quantités d’électricité à moindre coût et facilement.
La plupart de l'électricité statique est un produit de "l'effet triboélectrique", qui se produit lorsque deux matériaux entrent en contact et que des électrons sont échangés entre eux. Lorsque les matériaux sont séparés, il y a tendance à laisser un déséquilibre des électrons, certains des atomes des matériaux gagnant plus d'électrons que d'autres.
Ce déséquilibre crée une charge électrique sur les matériaux et le désir de leurs atomes de revenir à une charge neutre signifie que l'électricité est née. Le choc que vous obtenez lorsque vous touchez une poignée de porte après avoir traversé un tapis en peluche réside dans les atomes de votre corps qui déchargent les électrons supplémentaires qu'ils ont recueillis sur le tapis afin qu'ils puissent revenir à une charge neutre.
La triboélectricité est imprévisible, mais ces dernières années, les ingénieurs ont créé des moyens novateurs de capter son potentiel, allant des électrodes des pneus de voiture aux panneaux en bois qui créent de l’électricité statique en cas de chute. L'un des pionniers dans ce domaine est Zhong Lin Wang, ingénieur au Georgia Institute of Technology, qui a créé des générateurs triboélectriques à partir d'une grande variété de matériaux, notamment des polymères ultra-minces pouvant servir d'écrans tactiles, de tissus et même de bouteilles de soda recyclées.
"Vous pouvez utiliser presque n'importe quel matériau à cette fin", a déclaré Wang. Pour sa dernière création triboélectrique, Wang cherchait un matériau que peu associeraient à l'électricité: le papier. Dans son enfance, Wang explique avoir joué avec des créations complexes faites à partir de papier découpé et plié. Cet art est-asiatique, qui remonte à des milliers d'années, s'appelle "kirigami", se traduisant par "papier découpé" (il est étroitement lié au plus célèbre "origami", qui signifie plier du papier).
"C'est probablement le matériau le moins cher [possible]", explique Wang, qui explique pourquoi il a choisi le papier. "C'est un matériau biodégradable et sûr que nous utilisons tous les jours."
Wang et son équipe ont découpé du papier sablé en rectangles avec des lasers et les ont recouverts de fines couches d'or et d'autres matériaux conducteurs. Ensuite, ils ont assemblé les rectangles en losanges en trois dimensions. Ces losanges, qui peuvent tenir dans la paume de la main et se replier pour être rangés dans un portefeuille ou une poche, génèrent de l’électricité quand une personne appuie dessus avec leurs doigts. Cela met les couches conductrices en contact les unes avec les autres, ce qui crée le déséquilibre des électrons qui provoque une charge statique. Presser à plusieurs reprises sur l'appareil en papier pendant quelques minutes peut générer environ 1 volt d'énergie, ce qui est suffisant pour recharger une montre, une télécommande sans fil ou même un petit appareil médical pendant quelques minutes en cas d'urgence, explique Wang.
L'utilisation par Wang d'une structure en treillis taillée à l'intérieur du losange constituait une "approche intelligente pour augmenter la surface de génération triboélectrique", explique Max Shtein, ingénieur à l'Université du Michigan, qui a utilisé kirigami pour créer des panneaux solaires tridimensionnels capables de capter plus de lumière. le soleil bouge dans le ciel. L'ingénieur électricien de l'Université Columbia, John Kymissis, qui, à l'instar de Shtein, n'a pas participé à cette recherche, a également salué "la conception intelligente de Wang pour une structure de production et de stockage d'énergie intégrée".
Wang, qui a un brevet en instance sur cet appareil, espère le voir développé dans quelques années pour être potentiellement vendu comme chargeur jetable peu coûteux ou, plus important encore, comme outil pour enseigner aux enfants le fonctionnement de l'électricité.
"Ils peuvent générer de l'électricité et allumer des lumières", déclare Wang. "Toutes ces bonnes choses qu'ils peuvent faire avec une structure simple."
Le chargeur de papier est décrit dans un numéro récent de la revue ACS Nano.
