Search

International audience; Poly(lactide) (PLA) is an eco-friendly and low-cost polymer with a shear piezoelectricity easily induced by uniaxial stretching and without poling process. These interesting features make PLA as a good candidate to replace the widely-used poly(vinylidene difluoride) (PVDF) piezoelectric polymer, in particular for flexible energy harvesting applications aiming to power wearable sensors. In this work, PLA films were fabricated by a simple extrusion–orientation process. The energy harvesting efficiency of the PLA films were characterized using a custom-built test bench designed for flexible piezoelectric materials and working in tensile mode at low strain frequencies. The measurements on PLA films show a maximal output power about 3.7 μW harvested by applying a strain of 1% at 20 Hz. A theoretical model was developed based on electromechanical parameters to ascertain the energy harvesting performances of PLA. The validated model was also helpful to estimate the output power from PLA films by increasing their active surface areas and/or improving their shear piezoelectric coefficients (d14). The optimized PLA film could produce an output power comparable to that produced by PVDF film in the same mechanical excitation conditions. This study consequently highlights the potential of PLA for energy harvesting applications and the utility of the developed model to estimate the electrical power generated by piezoelectric polymers.

The potentiality of PLA films produced by extrusion and uniaxial stretching by MDO of industrial grades has been investigated for the energy harvesting by piezoelectric transformation. A piezoelectric coefficient characterization technique suitable for polymer films was tested and validated on a commercial PVDF piezoelectric film. It was then used to evaluate the d14 coefficient of PLA films. A study on the effect of structural parameters of the PLAs on their piezoelectric behaviour was carried out. An energy recovery test bench based on the application of dynamic tensile strains was used to assess the capability of PLAs to convert mechanical vibrations into electrical energy. A comparison with commercial PVDF was carried out. An equivalent electro-mechanical model was developed and made it possible to describe the evolution of power as a function of mechanical stress conditions for different grades of PLA as well as for PVDF. This model, was used to predict the effect of the variation of the various intrinsic parameters (mechanical and piezoelectric qualities of polymers) and extrinsic (characteristics of the vibratory source and electrical impedance matching). Finally, for future applications, we evaluated the potentiality of PLA (in film or textile form) for applications as a dynamic deformation, dynamic force and shock sensor and also for ultrasonic emission and reception., La potentialité des films PLA produits par extrusion et étirés uniaxialement par MDO à partir des grades industriels a été investiguée pour la récupération d’énergie vibratoire par effet piézoélectrique. Une technique de caractérisation du coefficient piézoélectrique plus adaptée aux films polymères a été testée et validée sur un film piézoélectrique commercial de PVDF, puis utilisée pour évaluer le coefficient piézoélectrique d14 des films PLA. Une étude physico-chimique a été menée afin de comprendre les relations entre les observables piézoélectriques des films PLA et les modifications structurales (orientation moléculaire, cristallinité et nature des phases cristallines) apportées par les conditions d’élaboration des films. Un banc de test de récupération d’énergie reposant sur l’application des déformations de traction dynamiques a été utilisé pour évaluer la capacité des PLAs à convertir des vibrations mécaniques en énergie électrique. Une comparaison avec du PVDF commercial a été réalisée. Un modèle électro-mécanique équivalent a été développé et a permis de décrire l’évolution de la puissance électrique récupérée en fonction des conditions de sollicitations mécaniques pour différents grades de PLA ainsi que pour le PVDF. Ce modèle étant validé, a été utilisé pour prédire l’effet de la variation des différents paramètres intrinsèques (qualités mécaniques et piézoélectriques des polymères) et extrinsèques (conditions de sollicitations mécaniques et adaptation d’impédance électrique). Enfin, pour de futures applications, nous avons évalué la potentialité du PLA (sous forme de film ou de textile) pour des applications comme capteur de déformation, de force dynamique et de chocs mais aussi pour l’émission et la réception ultrasonore.