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Fraunhofer desarrolla el proceso económico para la cosecha micro de la energía

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La tendencia hacia puntas de prueba autosuficientes de la energía y sistemas móviles siempre más pequeños de la electrónica continúa no disminuído

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Se utilizan, por ejemplo, para supervisar el estado de los motores en los aeroplanos, o para los implantes médicos. Recolectan la energía que necesitan para esto de su ambiente inmediato - de vibraciones, por ejemplo. Los investigadores de Fraunhofer han desarrollado un proceso para la producción económica de materiales piezoeléctricos. ¿Revelarán un modelo preliminar de la demostración en este año? feria profesional del electronica de s del 11 al 14 de noviembre en Munich (Pasillo A4, cabina 113).

Cuando hay poco espacio, o un intercambio es complicado, después la fuente de alimentación para los sensores vía la batería o el cable es lo más a menudo posible demasiado indirecta. El mejor acercamiento es tener el producto de la energía integrado y altamente artículo. ¿Una solución es ofrecida por Energy Harvesting? producción de energía en sitio por ejemplo a través de los materiales solares de las células, termoeléctricos o piezoeléctricos.

Los materiales piezoeléctricos pueden convertir vibraciones mecánicas en energía eléctrica porque el efecto de la fuerza mecánica da lugar a una separación de la carga. ¿Pueden ser aplicados en los lugares en donde existe un estado definido pero no no necesariamente constante de la vibración? en el equipo industrial, por ejemplo, o motores del aeroplano, en motores de coche o aún en el cuerpo humano, donde la presión arterial, la respiración o el latido del corazón están creando constantemente ímpetu. Hasta ahora, el material piezoeléctrico de la opción ha sido principalmente los compuestos titanium del leadzirconium- (PZT). El nitruro de aluminio (AlN) es otra opción. Comparado a PZT, posee características mecánicas más favorables, es sin plomo, más estable y biocompatible. Por otra parte, no es virtualmente ningún problema para integrar las capas de AlN en los procesos de fabricación convencionales para las microelectrónicas.

Nuevo proceso para fabricar capas piezoeléctricas

¿Aquí? s el dilema: Para integrar los materiales piezoeléctricos en sistemas eléctricos cada vez más más pequeños, además tienen que ser tan pequeños como sea posible - por una parte. Por una parte, necesitan cierto volumen para producir suficiente energía. Ha sido hasta ahora imposible producir las capas apuntadas de una forma que es económicamente factible bastante usando los métodos disponibles hasta la fecha. Las tarifas de deposición, la homogeneidad y las áreas de la capa son demasiado pequeñas. Pero ahora, los científicos en el instituto de Fraunhofer para la electrónica orgánica, el haz electrónico y la tecnología FEP del plasma han desarrollado un proceso por el cual pueden precipitar capas altamente homogéneas en los diámetros de hasta 200 milímetros con tarifas de deposición simultáneamente altas. Así, el proceso es substancialmente más productivo y provechoso que procesos anteriores.

Los investigadores depositaron las capas por la farfulla reactiva del magnetrón de las blancos de aluminio en una atmósfera del argón-nitrógeno sobre una oblea de silicio. Con este procedimiento físico, los átomos de cuerpos sólidos son descargados en la fase de gas bombardeando las blancos con los iones altamente enérgios del gas noble. Entonces depositan en la oblea como capa. Con este fin, los científicos de FEP utilizan el DRM 400, un magnetrón del anillo doble farfullan la fuente desarrollada en el local que consiste en dos blancos de forma anular. Puesto que las descargas de ambas blancos se traslapan, es posible depositar las capas de AlN homogéneo sobre una superficie grande de la capa con un piezoeléctrico-coeficiente d33 de hasta 7 pC/N. El más alto esta figura, el material reacciona más fuertemente. Los valores típicos descritos en la literatura disponible de la investigación para el piezoeléctrico-coeficiente d33 de AlN se extienden entre 5 a 7 pC/N. al mismo tiempo, la tensión mecánica de las capas se pueden modificar fexiblemente al campo del uso relevante. Éstos afectan por ejemplo la fuerza de la adherencia de la capa, del acoplador electromecánico y de los valores de la energía producida.

La energía de impulso rinde incluso más futuro

Trabajando en colaboración con la universidad técnica de Dresden y de la universidad de Oulu en Finlandia, los investigadores de FEP condujeron pruebas en la energía que cosechaba con las capas de AlN en las tiras del silicio que medían el ² de los 6x1cm. ¿Para las demostraciones, podían alcanzar energías generadas de varios cientos? W. Según el gestor de proyecto Stephan Barth, esta figura obviamente no se puede transferir a un uso práctico en un cociente del 1:1, puesto que la energía generada depende de factores múltiples: ¿? ¿Por una parte, el diseño? es decir los materiales todos del grueso de la capa, de la geometría del transductor, del volumen, del espacio y del substrato tienen un impacto; por una parte, hay un efecto del comportamiento vibratorio, tal como frecuencia, amplitud o el medio ambiente y uno deben también tener presente la necesidad de emparejar a la electrónica del sensor. “No obstante, las capas de AlN son una alternativa practicable para los sensores de baja potencia del funcionamiento, pues se utilizan en usos industriales o con los marcapasos cardiacos.

Para levantar la producción de la energía incluso más arriba, los científicos están utilizando además las capas hechas del aluminio-escandio-nitruro, que depositan por la co-farfulla reactiva. Comparado a AlN puro, éstos exhiben piezoeléctrico-coeficientes substancialmente más altos con tarifas similares de la capa. Esto significa que tres a cuatro veces más energía está producida con esto. ¿Otro foco futuro de los investigadores? el trabajo será puesto en la optimización del diseño del transductor para la producción de energía. La meta sería reducir la talla de la construcción entera, elevar capacidades incluso fomentan, y adaptar mejor frecuencia de la resonancia al uso respectivo.