Modélisations multi-physiques de la génération piezoélectrique à l'aide de nanofils d'oxyde de zinc

Multiphysics modelling of the piezoelectric generation in zinc oxyde nanowires

• Auteur / Autrice : Olivier Graton
• Direction : Marc Lethiecq
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique, spécialité Electronique
• Date : Soutenance le 03/10/2012
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire GREMAN (Tours)
• Jury : Président / Présidente : Skandar Basrour
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Louis Tran Huu Hue, Guylaine Poulin Vittrant
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yamin Leprince Wang, Dejan Vasic

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanosystèmes électromécaniques

Énergie -- Conversion directe

Zinc

Matériaux piézoélectriques

Piézoélectricité

Générateurs électriques

Nanofils

Mots clés libres

Nanofils de ZnO

Récupération d'énergie

Microgénérateur piézoélectrique

Modèle semi-analytique

Modèle à constantes localisées

ZnO nanowires

Energy harvesting

Piezoelectric microgenerator

Semi-analytic model

Lumped element model

Résumé

Les progrès réalisés dans les processus de fabrication ont mené vers un contrôle accru des dimensions et de la composition chimique des nanostructures, permettant l’émergence de nouveaux dispositifs appelés Nanosystèmes ElectroMécaniques ou NEMS. Outre leurs propriétés physiques originales, leurs dimensions réduites leurs confèrent un fonctionnement peu coûteux en énergie Ainsi, l’utilisation de l’environnement de tels dispositifs comme source d’énergie est possible. Afin de préserver les avantages liés aux dimensions des NEMS, le système de récupération d’énergie doit présenter un volume réduit. Dans ce contexte, nous étudions les nanoffis de ZnO comme éléments actifs de micro et nanosystèmes de récupération d’énergie à travers deux modèles physiques de nanofils. L’originalité de ces deux modèles vient de la prise en compte du couplage entre les propriétés piezoélectriques et les propriétés semiconductrices du ZnO et de ses effets dans la conversion électromécanique de l’énergie.

Recent progresses in manufacturing processes allow a better control of dimensions and chemical composition of nanostructures, This leads to the emergence of a new family of devices known as Nano ElectroMechanical Systems or NEMS. These devices show novel physical properties and functional characteristics due to their reduced size. Besides, their operating power consumption are tiny, making the use of their environment as energy source highly attractive. The design of a generator that scavenge the surrounding energy of the NEMS is quite a challenge; indeed, such a microharvester should be small enough to ensure that the dimensions of the whole autonomous device are still acceptable. in that context, we investigate ZnO nanowires as active elements of piezoelectric nano and microgenerator. We have specially developed two models of nanowire that take into account of the piezoelectric-semiconducting coupling to appreciate its effects on the electromechanical conversion of energy.