简化能量采集 MIT研发新MEMS装置
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研究人员设计了一种运用小型桥状架构固定在晶片两端的微型晶片,而非采用悬臂式的方法。MIT的研究人员还为这个桥状架构沈积了单层压电材料(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感测器了,但它们都不支援功率封装,”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晶片,这个晶片具有一个与极微小的悬臂梁(cantilever beam)胶合的压电层。由于晶片会暴露在振动下,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晶片面积是一种浪费,而且价格会更加昂贵。
“为了部署多达数百万的感测器,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,或是每平方公分的晶片所能产生的能量。
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45microW的功率,与现有设计相比,提供了两个数量级的改善。
MIT的研究已发布在8月23日的网路版《Applied Physics Letters》。
编译: Joy Teng
(参考原文:MIT researchers simplify energy harvesting device)