Entwicklung Mikrostrukturierter energieeffizienter Energie-harvester mit Nanoskaligen Piezoelektrischen Wandlermaterialien (MENPEM)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Norbert Schwesinger
• Mitantragsteller: Professor Dr. Shlomo Berger
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 215827875

Im vorgeschlagenen Forschungsprojekt sollen neue miniaturisierte Energie-Harvester mit hohem Wirkungsgrad zu entwickelt werden. Dabei soll der piezoelektrische Effekt genutzt werden. Völlig neuartig sind die zu verwendenden Wandlermaterialien und das sich damit ergebende mikrostrukturierte Wandlerdesign. Als Wandlermaterialien werden nanoskalige dünne Filme auf der Basis KJO3 bzw. KNO2 genutzt. Diese Materialien, in nanoskaligen Poren von Al2O3 gezüchtet, verfügen über eine ausgeprägte Orientierung. Das Al2O3 wird als dünner Film auf Siliziumsubstrate abgeschieden. Mittels Mikrostrukturierung der Substrate werden Strukturen erzeugt, die durch Medienströmung in kontinuierliche Bewegungen versetzt werden. Die dabei ausgelösten mechanischen Spannungen werden in die piezoelektrischen Kristalle übertragen und führen dort zum Aufbau elektrischer Spannungen. Mittels geeigneter Elektroden können diese Spannungen abgegriffen werden. Die israelische Gruppe arbeitet an der Herstellung und Optimierung nanoskaliger, piezoelektrischer Schichten wobei Schichtdicke und piezoelektrische Kennwerte zu steigern sind. Die deutsche Gruppe entwickelt und testet mikrostrukturierte Energiewandler mit diesen Piezomaterialien. Schwerpunkte sind geeignete Designlösungen zur kontinuierlichen Bewegung der Mikrostrukturen in der Strömung, Optimierung der Strukturen im Hinblick auf eine maximale Wandlungseffizienz und Technologieanpassung von piezoelektrischem Schichtaufbau und mikrostrukturierter Wandlerstruktur. Die Zusammenarbeit beider Gruppen ist essenziell für die Entwicklung neuartiger, effizienter, mikrostrukturierter Energie-Harvester. Derartige Harvester könnten zur Energie-Versorgung autarker Kleinlasten (Sensoren, Stellglieder) in Rohrleitungen für Flüssigkeiten und Gase dienen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel