Publié le : 16 janvier 20235 mins de lecture
Les capteurs extrêmement petits et efficaces sur le plan énergétique sont particulièrement adaptés aux applications médicales ou à la microélectronique mobile. Ceci est rendu possible par l’utilisation de l’électret. Ce matériau est chargé électriquement en permanence et est également utilisé dans les microphones pour les appareils auditifs ou les téléphones portables. Une équipe de recherche présente son nouveau concept de capteurs.
Comme un plongeoir dans une piscine !
Les capteurs de faisceaux de flexion sont constitués d’une fine bande de silicium sur laquelle sont appliquées deux couches : Le premier réagit aux champs magnétiques, le second peut émettre une tension électrique. Si un champ magnétique se produit, la première couche se déforme et fait ainsi plier tout le faisceau : il oscille, comme un plongeoir dans une piscine. La deuxième couche émet un signal de tension mesurable par sa déformation.
Avec le nouveau concept de capteur, il est possible de rendre cette conversion de l’énergie mécanique en énergie électrique encore plus efficace en donnant plus d’élan au faisceau de flexion. Plus le faisceau oscille, plus le signal électrique émis est fort.
Un matériau dur fait pour vibrer
Normalement, les matériaux mous comme les plastiques vibrent à basse fréquence. Cela signifie que l’oscillation est fortement amortie et que le signal transmis n’est que très faible. Avec des matériaux durs, on peut éviter un fort amortissement. Cependant, cela nécessite une masse de matériel plus importante, qui peut difficilement être installée dans les petites dimensions de la technologie des capteurs.
Grâce à la nouvelle approche, il est devenu plus facile de faire en sorte qu’une petite poutre de flexion en matériau dur se comporte comme un matériau mou et oscille à basse fréquence – et même avec une plus grande amplitude.
Matériaux d’électret : chargés électriquement de façon permanente
L’électret a été décisif pour cela. L’équipe de recherche a placé ce matériau chargé électriquement en permanence sous la poutre de flexion. Normalement, la poutre vibrante revient à sa position initiale. Cependant, l’électret l’attire dans la direction opposée en raison de sa contrainte interne, ce qui augmente la vibration du faisceau – et donc le signal électrique du capteur.
Afin de pouvoir lire ce signal le plus précisément possible, l’équipe de recherche a également intégré une nouvelle approche de la suppression du bruit dans son concept de capteur alternatif. Grâce à une mesure extrêmement rapide, les signaux individuels entre les bruits peuvent être captés dans une certaine mesure.
Un capteur avec alimentation électrique propre
Grâce aux électrets utilisés dans les capteurs, il est possible de mieux mesurer non seulement les basses fréquences. Tout comme les aimants permanents, qui sont magnétiques en permanence sans alimentation électrique, les électrets génèrent eux-mêmes leur champ électrique permanent.
L’électret fournit donc au capteur un potentiel électrique intégré. Le capteur lui-même ne nécessite donc pas d’alimentation électrique externe et peut être utilisé pour des applications mobiles. Dans le cadre d’une coopération, des recherches ont été menues pour améliorer encore les couches d’électret spéciales nécessaires. Pour ce faire, le procédé iCVD (initiated chemical vapor deposition) a été utilisé, qui permet de déposer des couches individuelles de matériaux avec une grande précision.
Les électrets fonctionnent comme une sorte de nanogénérateur qui produit de l’énergie électrique – théoriquement pendant plus de vingt ans. Les capteurs dotés de leur propre alimentation électrique dans ces petites dimensions sont également intéressants pour les applications dans le domaine de « l’Internet des objets », qui met en réseau des systèmes électroniques décentralisés et autonomes.