一種全新的微機(jī)電系統(tǒng)能量采集裝置

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，技術(shù)的不斷發(fā)展，科技產(chǎn)品也日新月異，產(chǎn)品都需要功率器件，好的功率器件需要更好的設(shè)計(jì)者來設(shè)計(jì)，功率器件對電子產(chǎn)品是功不可沒的。麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員針對無線傳感器應(yīng)用，設(shè)計(jì)出一種全新的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)能量采集(energy harvesting)裝置，與現(xiàn)有設(shè)計(jì)相比，新裝置能產(chǎn)生高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)的功率。

某功率模塊

研究人員設(shè)計(jì)了一種運(yùn)用小型橋狀架構(gòu)固定在芯片兩端的微型芯片，而非采用懸臂式的方法。MIT的研究人員還為這個(gè)橋狀架構(gòu)沉積了單層壓電材料(PZT)，放置于橋狀架構(gòu)中央的單層壓電材料重量非常輕。

在經(jīng)過一系列振動(dòng)測試后，這個(gè)裝置不僅能在一個(gè)特定頻率響應(yīng)，還包括了其他低頻范圍。

“目前已經(jīng)有很多可用的無線傳感器了，但它們都不支持功率封裝，”MIT機(jī)械工程系教授Sang-Gook Kim說。“我想，我們的振動(dòng)能量采集器會(huì)是一個(gè)良好的解決方案。”

能量采集設(shè)計(jì)通常包含一個(gè)小型微芯片，這個(gè)芯片具有一個(gè)與極微小的懸臂梁(cantilever beam)膠合的壓電層。由于芯片會(huì)暴露在振動(dòng)下，因?yàn)檫@個(gè)梁會(huì)上下移動(dòng)，就像是一塊顫動(dòng)的跳水板一般，從而彎曲并對壓電層施壓。這種應(yīng)力材料可透過一種極微小的電極陣列來累積電荷。

研究人員指出，懸臂式方法有其局限性，僅增加懸臂梁和壓電層來占用芯片面積是一種浪費(fèi)，而且價(jià)格會(huì)更加昂貴。

“為了部署多達(dá)數(shù)百萬的傳感器，若能量采集裝置的成本為10美元，它的價(jià)格仍然過于高昂，”Kim說。而單層MEMS元件可用來制造低于1美元的產(chǎn)品，Kim表示。

研究人員構(gòu)想出了一種設(shè)計(jì)，可提高裝置的頻率范圍，同時(shí)最大限度地提高功率密度，或是每平方公分的芯片所能產(chǎn)生的能量。

經(jīng)過振動(dòng)測試后，新的裝置不僅能在特定頻率響應(yīng)，也能在其他低頻范圍響應(yīng)。

據(jù)研究人員計(jì)算，該裝置能以單一壓電層產(chǎn)生45mW的功率，與現(xiàn)有設(shè)計(jì)相比，提供了兩個(gè)數(shù)量級(jí)的改善。在全球化的今天，就更需要我們的年輕的建設(shè)者們更加努力，不斷創(chuàng)新，推動(dòng)功率器件的不斷向前，這樣才能讓我們生活中的產(chǎn)品更加讓我們方便。