De la collaboration scientifique entre des équipes de chercheurs nord-américaine et chinoise est sortie une innovation originale : le “Transparent Paper-Based Flexible Generator” (TPFG). Il s’agit d’un papier fin transparent capable de générer de l’électricité lorsqu’on le touche. Alliant des procédés techniques à la fois anciens et modernes, cette technologie inédite et encore expérimentale pourrait offrir de nombreuses possibilités dans la protection des œuvres d’art contre les voleurs, dans la traque des contrefaçons et peut-être, à terme, à la création de peau artificielle pour les prothèses.

Une innovation technologique surprenante : le TPFG

Présentée dans la revue en ligne ACS Nano, l’invention est le fruit du travail conjoint du professeur Jun Zhou du Laboratoire d’Optoélectronique de Wuhan et du professeur assistant Liangbing Hu du département de sciences matérielles et de recherche en ingénierie et en énergie de l’Université du Maryland. Le procédé fonctionne par induction électrostatique.

Le TPFG est composé de deux électrodes transparentes. Ces deux électrodes consistent en deux feuilles de papier à nanofibrilles de cellulose recouvertes d’un film de nanotubes de carbone. L’une d’entre elle est, en plus, également recouverte d’une couche de 30 µm d’un film polyéthylène, qualifié d'”electret” selon le vocabulaire utilisé par les chercheurs pour qualifier ce type de composant. “Electret” est un terme formé à partir des mots “electric” et “magnet” et qui qualifie des matériaux ayant la propriété de stocker des charges électriques résiduelles sur de longues durées. C’est dans cette technologie, déjà utilisée dans les microphones par exemple, que réside le secret du TPFG. En effet, les deux feuilles de papier à nanofibrilles sont ensuite placées l’une sur l’autre, en mettant en contact les parties recouvertes respectivement des nanotubes de carbone et du film polyéthylène pour finalement former le fameux Transparent Paper-Based Flexible Generator.

Lorsqu’il est à l’équilibre, c’est-à-dire lorsque l’on n’exerce aucune pression dessus, le TPFG ne permet aucun mouvement d’électrons. Toutefois, lorsqu’une pression est exercée sur sa surface, le volume d’air présent entre les différentes couches qui composent le papier électronique diminue, ce qui a pour effet de rompre l’équilibre. Des électrons peuvent alors circuler de l’une à l’autre des électrodes formant ainsi un courant électrique jusqu’à ce qu’un nouvel état d’équilibre soit atteint. Si la pression est alors retirée, un mouvement inverse d’électrons va se produire, créant un nouveau courant électrique jusqu’à revenir à l’équilibre originel. Ce sont donc bien les charges électriques résiduelles contenues dans le film polyéthylène electret qui sont à l’origine du fonctionnement du mécanisme. L’équipe de chercheurs a déjà testé ce procédé 54 000 fois en obtenant toujours un courant constant, capable d’alimenter un petit écran à cristaux liquides.

Diverses applications possibles

Les scientifiques de l’équipe sino-américaine ont d’ores et déjà évoqué deux applications possibles à leur invention bien que les possibilités soient beaucoup plus larges, d’autant plus que le produit peut facilement être produit en série. Les scientifiques ont d’abord pensé à un système de protection contre les vols de tableaux de valeurs. En effet, le système a l’avantage de pouvoir être posé ou retiré d’un tableau sans présenter aucun risque pour l’œuvre d’art. Il pourrait donc facilement être utilisé pour déclencher un système d’alarme en cas de contact avec le tableau. La deuxième application évoquée par ses inventeurs consiste à lutter contre la contrefaçon d’une manière assez analogue à celle utilisée pour un tableau.

Toutefois, nous ne sommes encore qu’au stade expérimental de la technologie qui, perfectionnée, pourra répondre à de nombreux autres objectifs. Peuvent être évoqués la création de journaux électroniques jetables ou plus encore, de peaux artificielles applicables à des prothèses. Néanmoins, pour ce faire, la recherche devra trouver de nouveaux matériaux electret. En effet, le matériau actuellement utilisé présente des risques s’il est utilisé dans des environnement fortement humides. Dans le cas de peaux artificielles, ce détail ne manque pas de poser problème. L’équipe de chercheurs est donc déjà en train de rechercher des matériaux de substitution à leur film polyéthylène comme des nanofils en argent ou des polymères conducteurs.

Crédit Photo : ACS