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Fraunhofer développe le procédé économique pour la moisson micro d'énergie

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La tendance vers les sondes autosuffisantes d'énergie et les systèmes mobiles toujours plus petits de l'électronique continue inchangé

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Ils sont employés, par exemple, pour surveiller le statut des moteurs sur des avions, ou pour les implants médicaux. Ils recueillent l'énergie qu'ils ont besoin pour ceci de leur environnement immédiat - des vibrations, par exemple. Les chercheurs de Fraunhofer ont développé un procédé pour la production économique des matériaux piézoélectriques. Ils dévoileront un modèle préliminaire de démonstration à cette année ? exposition commerciale commerciale d'electronica de s du 11 au 14 novembre à Munich (Hall A4, cabine 113).

Quand il y a peu d'espace, ou un échange est compliqué, alors l'alimentation d'énergie pour des sondes par l'intermédiaire de batterie ou de câble est le plus souvent trop détournée. La meilleure approche est d'avoir la prise d'énergie intégrée et fortement des biens. Une solution est offerte par Energy Harvesting ? production d'énergie sur place par exemple par les matériaux de piles, thermoélectriques ou piézoélectriques solaires.

Les matériaux piézoélectriques peuvent convertir des vibrations mécaniques en énergie électrique parce que l'effet de la force mécanique a comme conséquence une séparation de charge. Ils peuvent être appliqués dans les endroits où un état défini mais pas nécessairement constant de vibration existe ? sur l'équipement industriel industriel, par exemple, ou les moteurs d'avion, dans des moteurs de voiture ou même sur le corps humain, où la tension artérielle, la respiration ou le battement de coeur créent constamment l'élan. Jusqu'ici, le matériel piézoélectrique du choix a principalement été les composés titaniques de leadzirconium- (PZT). La nitrure en aluminium (AlN) est une autre option. Comparé à PZT, elle possède des propriétés mécaniques plus favorables, est sans plomb, plus stable et biocompatible. D'ailleurs, ce n'est pratiquement aucun problème pour intégrer des couches d'AlN dans des processus de fabrication conventionnels pour la microélectronique.

Nouveau procédé pour fabriquer les enduits piézo-électriques

Ici ? s le dilemme : Afin d'intégrer les matériaux piézoélectriques dans des systèmes électriques de plus en plus plus petits, ils de même doivent être aussi petits comme possible - d'une part. D'une part, ils ont besoin d'un certain volume afin de produire l'énergie suffisante. Jusqu'ici il a été impossible de produire les enduits visés en quelque sorte qui est économiquement assez faisable suivre les méthodes disponibles jusqu'ici. Les taux de dépôt, la homogénéité et les secteurs d'enduit sont trop petits. Mais maintenant, les scientifiques à l'institut de Fraunhofer pour l'électronique organique, le faisceau d'électrons et la technologie FEP de plasma ont développé un processus par lequel ils peuvent précipiter des couches fortement homogènes sur des diamètres de jusqu'à 200 millimètres avec des taux de dépôt simultanément élevés. Ainsi, le processus est essentiellement plus productif et profitable que des processus précédents.

Les chercheurs ont déposé les couches par la pulvérisation réactive de magnétron des cibles en aluminium dans une atmosphère d'argon-azote sur une gaufrette de silicium. Avec ce procédé physique, des atomes des corps solides sont déchargés dans la phase gaseuse en bombardant les cibles avec les ions fortement énergiques de gaz noble. Ils déposent alors sur la gaufrette comme couche. À cette fin, les scientifiques de FEP emploient le DRM 400, un magnétron de double anneau pulvérisent la source développée intérieurement qui se compose de deux cibles de forme annulaire. Puisque les exercices les deux cibles recouvrent, il est possible de déposer les couches d'AlN homogènement sur une grande surface d'enduit avec un piézo-électrique-coefficient d33 de jusqu'à 7 pC/N. Le plus haut cette figure, plus le matériel réagit plus fortement. Les valeurs typiques décrites en littérature disponible de recherches pour le piézo-électrique-coefficient d33 d'AlN s'étend entre 5 à 7 pC/N. en même temps, l'effort mécanique des couches peuvent être avec souplesse modifiées selon le champ de l'application approprié. Celles-ci effectuent par exemple la force d'adhérence de l'enduit, de l'accouplement électromécanique et des valeurs de l'énergie produite.

L'énergie de amplification rapporte encore autre

Travaillant en collaboration avec l'université technique de Dresde et d'université d'Oulu en Finlande, les chercheurs de FEP ont effectué des essais sur l'énergie moissonnant avec des enduits d'AlN sur des bandes de silicium mesurant le ² de 6x1cm. Pour des démonstrations, ils pouvaient atteindre des puissances développées des plusieurs centaines ? W. Selon le chef de projet Stephan Barth, cette figure évidemment ne peut pas être transférée à une application pratique à un rapport de 1:1, puisque la puissance développée dépend des facteurs multiples : ? D'une part, la conception ? c'est-à-dire tous de couche d'épaisseur, de géométrie de capteur, de volume, d'espace et de substrat les matériaux ont un impact ; d'une part, il y a un effet du comportement vibratoire, tel que la fréquence, amplitude ou le milieu ambiant et un devraient également maintenir dans l'esprit la nécessité de l'assortiment à l'électronique de sonde. « Néanmoins, les couches d'AlN sont une alternative faisable pour les sondes de basse puissance d'opération, car elles sont employées dans des applications industrielles ou avec les stimulateurs cardiaques.

Afin de soulever le rendement de puissance encore plus haut, les scientifiques emploient en plus des couches faites à partir de l'aluminium-scandium-nitrure, qu'ils déposent par la Co-pulvérisation réactive. Comparé à AlN pur, ceux-ci montrent des piézo-électrique-coefficients sensiblement plus élevés avec les taux semblables d'enduit. Ceci signifie que trois à quatre fois plus de puissance est produite par ceci. Un autre futur centre des chercheurs ? le travail sera placé sur l'optimisation de la conception de capteur pour la production d'énergie. Le but serait de réduire la construction entière, élever des capacités promeuvent même, et adapter mieux la fréquence de résonance à l'application respective.