Magnetoelectric sensors based on magnetostrictive and organic hybrid-composites
Final Report Abstract
Klassische magnetoelektrische Sensoren haben prinzipbedingt einen großen Anteil an passiven Komponenten welche aus mechanischen oder geometrischen Gründen nicht weggelassen werden können. Magnetische Hybrid Sensoren stellen ein neuartiges Konzept dar, bei dem die klassischen Komponenten ausgetauscht werden. Ziel so einer Entwicklung ist es, einen Sensor zu realisieren, bei dem die Umwandlung der magnetischen Energie möglichst effizient in Coulombsche Energie und damit eine messbare Ladungstrennung erfolgt. Die wichtigsten Parameter sind dabei der Verzicht auf ein passives Substrat und die kontaktfreie Messung. Die Sensorenung der Sensoren kann dabei in 2 Bereiche unterteilt werden: 1. Die Umwandlung der magnetischen Energie in ein mechanisch verwertbares Signal. Solch ein Signal kann z.B. eine Magnetostriktion, eine Veränderung des E-Modul oder auch eine veränderte Schallgeschwindigkeit sein. 2. Die Umwandlung des mechanischen Signals in eine elektrische Messgröße. Hierfür haben sich besonders Elektrete auf der Basis von Fluoropolymeren empfohlen, da es mit ihnen möglich ist kontaktfreie und damit effiziente Messungen durchzuführen. Diese beiden Bereiche wurden zunächst unabhängig voneinander entwickelt und mit jeweils konventionellen Materialien ergänzt. Dies erlaubte eine eigenständige Weiterentwicklung der Komponenten. Für die Herstellung von Dünnschichtelektren wurden unterschiedliche Methoden wie Aufschleudern und Aufdampfen von Fluoropolymeren getestet. Hier wurde mit einer Biegebalkenanordnung bereits eine Nachweisgrenze von ca. 60pt/Hz1/2 erreicht. Eine weitere Verbesserung war nur mit einer Minimierung der Rauhigkeit möglich. Hierzu wurde die Abscheidung von Fluoropolymerschichten über sogenannte "initiated Chemical Vapor Deposition (iCVD)" als neues Verfahren in das Projekt eingeführt, und es wurde eine entsprechende Apparatur neu konzipiert. Parallel wurden magnetoaktive Elastomere hergestellt und mit kommerziellen Elektretmikrofonen kombiniert. Dies erlaubte Messungen von externen Magnetfeldern bei einer Resonanzfrequenz von etwa 1200 Hz bis zu einer Nachweisgrenze von 150pt/Hz1/2. Ein geordnetes Wachtum für Ni-, Co- und FeCo-Nanosäulen-Arrays ließ sich durch in situ FFT-Impedanz Spektroskopie erreichen.
Publications
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I. Paulowicz, V. Hrkac, S. Kaps, V. Cretu, O. Lupan, T. Braniste, V. Duppel, I. Tiginyanu, L. Kienle, R. Adelung & Y. K. Mishra
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O. Lupan, V. Cretu, V. Postica, N. Ababii, O. Polonskyi, V. Kaidas, F. Schütt, Y. K. Mishra, E. Monaico, I. Tiginyanu, V. Sontea, T. Strunskus, F. Faupel & R. Adelung
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