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MIT研发简化版高功率MEMS能量采集器件

导读: 麻省理工学院(MIT)的研究人员针对无线传感器应用,设计出一种全新的微机电系统(MEMS)能量采集(energy harvesting)装置,与现有设计相比,新装置能产生高出两个数量级的功率。

  麻省理工学院(MIT)的研究人员针对无线传感器应用,设计出一种全新的微机电系统(MEMS)能量采集(energy harvesting)装置,与现有设计相比,新装置能产生高出两个数量级的功率。

  研究人员设计了一种运用小型桥状架构固定在芯片两端的微型芯片,而非采用悬臂式的方法。MIT的研究人员还为这个桥状架构沉积了单层压电材料(PZT),放置于桥状架构中央的单层压电材料重量非常轻。

  在经过一系列振动测试后,这个装置不仅能在一个特定频率响应,还包括了其他低频范围。

  “目前已经有很多可用的无线传感器了,但它们都不支持功率封装,”MIT机械工程系教授Sang-Gook Kim说。“我想,我们的振动能量采集器会是一个良好的解决方案。”

  能量采集设计通常包含一个小型微芯片,这个芯片具有一个与极微小的悬臂梁(cantilever beam)胶合的压电层。由于芯片会暴露在振动下,因为这个梁会上下移动,就像是一块颤动的跳水板一般,从而弯曲并对压电层施压。这种应力材料可透过一种极微小的电极阵列来累积电荷。

  研究人员指出,悬臂式方法有其局限性,仅增加悬臂梁和压电层来占用芯片面积是一种浪费,而且价格会更加昂贵。

  “为了部署多达数百万的传感器,若能量采集装置的成本为10美元,它的价格仍然过于高昂,”Kim说。而单层MEMS元件可用来制造低于1美元的产品,Kim表示。

  研究人员构想出了一种设计,可提高装置的频率范围,同时最大限度地提高功率密度,或是每平方公分的芯片所能产生的能量。

  经过振动测试后,新的装置不仅能在特定频率响应,也能在其他低频范围响应。

  据研究人员计算,该装置能以单一压电层产生45mW的功率,与现有设计相比,提供了两个数量级的改善。

  MIT的研究已发布《Applied Physics Letters》。

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