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Fraunhofer sviluppa il procedimento economico per la micro raccolta di energia

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La tendenza verso le sonde autosufficienti di energia ed i sistemi mobili mai più piccoli di elettronica continua non diminuito

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Sono usati, per esempio, per controllare la condizione dei motori sugli aeroplani, o per gli innesti medici. Si riuniscono l'energia che hanno bisogno di per questo dal loro ambiente immediato - dalle vibrazioni, per esempio. I ricercatori di Fraunhofer hanno sviluppato un procedimento per la produzione economica dei materiali piezoelettrici. Riveleranno un modello preliminare di dimostrazione a questo anno? fiera commerciale di electronica di s dal 11 al 14 novembre a Monaco di Baviera (Corridoio A4, cabina 113).

Quando ci è poco spazio, o uno scambio è complicato, quindi l'alimentazione elettrica per i sensori via la batteria o il cavo è il più spesso troppo circuitous. Il migliore metodo è di avere la presa di energia integrata ed altamente bene durevole. Una soluzione è offerta da Energy Harvesting? produzione di energia sul posto per esempio attraverso i materiali termoelettrici o piezoelettrici solari delle pile.

I materiali piezoelettrici possono convertire le vibrazioni meccaniche in energia elettrica perché l'effetto di forza meccanica provoca una separazione della carica. Possono applicarsi nei posti in cui una condizione definita ma non necessariamente costante della vibrazione esiste? su attrezzature industriali, per esempio, o sui motori dell'aeroplano, in motori di automobile o persino sul corpo umano, in cui la pressione sanguigna, respirare o il battito cardiaco stanno generando costantemente la quantità di moto. Finora, il materiale piezoelettrico della scelta pricipalmente è stato composti di titanio del leadzirconium- (PZT). Il nitruro di alluminio (AlN) è un'altra opzione. Confrontato a PZT, possiede le proprietà meccaniche più favorevoli, è senza piombo, più stabile e biocompatibile. Inoltre, è virtualmente problema per integrare gli strati di AlN nei processi di fabbricazione convenzionali per le microelettroniche.

Nuovo procedimento per la fabbricazione dei rivestimenti piezo-elettrici

Qui? s il dilemma: Per integrare i materiali piezoelettrici nei sistemi elettrici sempre più più piccoli, similarmente devono essere piccoli come possibile - da un lato. Da un lato, hanno bisogno di certo volume per produrre l'energia sufficiente. Finora è stato impossible da produrre i rivestimenti designati in un modo che è economicamente abbastanza fattibile usando i metodi disponibili fin qui. I tassi di deposito, l'omogeneità e le zone del rivestimento sono troppo piccoli. Ma ora, gli scienziati all'istituto di Fraunhofer per elettronica organica, il fascio elettronico e la tecnologia FEP del plasma hanno sviluppato un processo tramite cui possono precipitare gli strati altamente omogenei sui diametri di fino a 200 millimetri con i tassi di deposito simultaneamente alti. Quindi, il processo è sostanzialmente più produttivo e vantaggioso che i processi precedenti.

I ricercatori hanno depositato gli strati dalla polverizzazione reattiva del magnetron degli obiettivi di alluminio in un'atmosfera dell'argon-azoto su una lastra di silicio. Con questa procedura fisica, gli atomi dagli enti solidi sono scaricati nella fase gassosa bombardando gli obiettivi con gli ioni altamente energici del gas nobile. Allora depositano sulla cialda come strato. A questo fine, gli scienziati di FEP usano il DRM 400, un magnetron del doppio anello polverizzano la fonte sviluppata in-house che consiste di due obiettivi a sezione circolare. Poiché gli scarichi di entrambi gli obiettivi coincidono, è possibile depositare in modo omogeneo gli strati di AlN su una grande superficie del rivestimento con un piezo-elettrico-coefficente d33 di fino a 7 pC/N. L'più alto questa figura, il materiale reagisce più forte. I valori tipici descritti in letteratura disponibile di ricerca per il piezo-elettrico-coefficente d33 di AlN varia fra 5 - 7 pC/N. allo stesso tempo, lo sforzo meccanico degli strati possono essere modificati flessibilmente al campo dell'applicazione relativo. Questi urtano per esempio la resistenza di adesione del rivestimento, dell'accoppiamento elettromeccanico e dei valori dell'energia prodotta.

L'energia d'amplificazione rende ancora ulteriore

Funzionando in collaborazione con l'università tecnica di Dresda e di università di Oulu in Finlandia, i ricercatori di FEP hanno effettuato le prove su energia che raccoglie con i rivestimenti di AlN sulle strisce del silicone che misurano il ² di 6x1cm. Per le dimostrazioni, potevano raggiungere i poteri generati dei diverse centinaia? W. Secondo il Direttore di Progetto Stephan Barth, questa figura evidentemente non può essere trasferita ad un'applicazione pratica ad un rapporto di 1:1, poiché il potere generato dipende dai fattori multipli: ? Da un lato, il disegno? cioè i materiali tutti di spessore di strato, della geometria del trasduttore, del volume, dello spazio e del substrato hanno un effetto; da un lato, ci è un effetto dal comportamento vibratorio, quale frequenza, ampiezza o il mezzo ambientale ed uno dovrebbero anche tenere presente la necessità della corrispondenza all'elettronica del sensore. “Ciò nonostante, gli strati di AlN sono un'alternativa praticabile per i sensori a bassa potenza di funzionamento, poichè sono usati nelle applicazioni industriali o con gli stimolatore cardiaci cardiaci.

Per sollevare il rendimento di potere ancora più su, gli scienziati stanno usando ulteriormente gli strati fatti dal alluminio-scandium-nitruro, che depositano dalla co-polverizzazione reattiva. Confrontato a AlN puro, questi esibiscono i piezo-elettrico-coefficenti sostanzialmente più alti con i simili tassi del rivestimento. Ciò significa che tre - quattro volte più potere è prodotto con questo. Un altro fuoco futuro dei ricercatori? il lavoro sarà disposto sull'ottimizzazione del disegno del trasduttore per produzione di energia. L'obiettivo sarebbe di ridurre le dimensioni di intera costruzione, elevare la capienza persino avanzano ed adattare più meglio la frequenza di risonanza alla rispettiva applicazione.