Tilbake til søkeresultatene

PROFESJON-Forskningskompetanse for utvalgte profesjonsutdanninger

Advanced Piezoelectric Devices

Alternativ tittel: Avanserte piezoelektriske komponenter

Tildelt: kr 10,0 mill.

Piezoelektrisitet er fenomenet at enkelte materialer kan reagere elektrisk på en mekanisk påvirkning, eller alternativt mekanisk på en elektrisk påvirkning. For eksempel kan en bit av et piezoelektrisk materiale deformeres når setter en elektrisk spenning over den. Denne koblingen mellom det elektriske og det mekaniske domenet har gjort mange elektroniske komponenter mulig. Noen velkjente eksempler på bruksområder er kvartskrystallresonatorer i kvartsur, prober brukt i ultralyddiagnostikk og blekkskriverhoder. De mange teknologiske anvendelsene gjør piezoelektriske komponenter interessante forskningsemner innen ingeniørvitenskap og økonomisk viktige for mange bedrifter. Det er et betydelig antall høyteknologiske selskaper i Norge som har piezoelektriske komponenter som en del av kjerneteknologien sin. De omfatter så forskjellige områder som signalbehandling i satellitter, sonarer, medisinsk diagnostikk og selvfokuserende linser. Hovedformålet med dette strategiske prosjektet er å styrke piezoelektriske komponenter som et forskningsemne ved Universitetet i Sørøst-Norge. Vi har tre fokusområder for prosjektet. Det ene er piezoelektriske tynne filmer for høy-ytelse analog signalbehandling. Vi studerer nye metoder for å designe og produsere komponenter basert på tynne piezoelektriske filmer. Et annet er elektroniske grensesnitt til piezoelektriske transdusere for å muliggjøre levering av effekt til elektroniske enheter ved hjelp av ultralyd. Det tredje er tynnfilmbaserte aktuatorer i optiske systemer slik som kameraer. Akustisk overflatebølgeresonatorer av aluminiumnitrid på safir er fabrikert og karakterisert. Målinger etter høytemperaturbehandling viser en forbedring i krystalliniteten til aluminiumnitridfilmen. En utfordring med høytemperaturbehandling er oksidasjon som følge av at den beskyttende atmosfæren (nitrogen) ikke er helt fri for oksygen. En optimaliserings av prosessen ble derfor gjort for å redusere graden av oksidasjon. Det ble også utviklet en prosess for membranpreparering på silisumsubstrat som kan implementeres for videre bruk i akustiske bulkbølgestrukturer. Teoretiske modeller har blitt utviklet for å estimere geometri og lagtykkelse for temperaturstabile resonatorer og for å simulere elektriske i en spesiell struktur kalt XBAR-struktur. Arbeidet med akustisk effektoverføring har fokusert på vekkerkretser for undervannssensoren og resultater er publisert. Den ene løsningen har et ideellt effektforbruk i nanowattområdet hvilket er det laveste som er rapportert i litteraturen. Det har vært jobbet mye med modellering og optimalsiering kretsløsninger for vekkerkretsene. Mye av dette arbeidet er nå publisert. De lovende kretsene er lagt ut og fabrikert i en ekstern tjeneste. Det er bygget et nytt testoppsett for akustisk effektoverføring med piezoelektriske transdusere som gir oss mulighet for å teste et bredt utvalg konfigurasjoner. Integrerte kretser har vært fabrikert og testet i to runder der vi har demonstrert ultralaveffekt vekkerkretser sensornoder plassert under vann og nye lav-effekt trigger-kretser. Ny teori for antiklastisk deformasjon av piezoelektriske bjelker under store avbøyninger er utviklet og publisert. Karakterisering og modellering av piezoelektriske tynnfilmstransdusere har blitt utført for en rekke elektrodestrukturer. Strukturer med elektroder mønstret på begge sider av den piezoelektriske filmen avslørte unormal elektrisk oppførsel. En ny, effektiv metode for karakterisering av vibrasjonsmoduser i aktuatorer som krever måling kun i noen få punkter er utviklet. Det er utviklet nytt materiale om piezoelektriske akselerometere og piezoelektriske resonatorer for et mastergradsemne. Videre er det gjort litt pensumutvikling i et avansert emne om piezoelektriske komponenter. Utvikling av laboppgaver om piezoelektriske komponenter til emnene våre har vært problematisk på grunn av pandemien, men det har vært mulig å involvere master- og bachelorstudenter i noen av forskningsproblemene. Noe av dette er formidlet også ved åpne foredrag. Vi har i tillegg tilbudt en problemstilling til en elevgruppe fra VGS som en formidlingsaktivitet. Arbeidet ble utført ved Institutt for Mikrosystemer, Campus Vestfold i samarbeid med tre selskaper i Horten og andre forskningsinstitusjoner, både i inn-og utland.

Prosjektet har gitt innsikt i modellering, virkemåte og design av tynnfilmresonatorer til forskningsfeltet. Det eksperimentelle arbeidet med disse komponentene har gitt oss en platform til å fabrikere disse komponentene som er viktig for vår videre forskning og for vår samarbeidspartner i industrien. Arbeidet med trådløs effektoverføring har bidratt med en rekke kretsløsninger som utgjør et grunnlag for videre arbeid på systemnivå. For aktuatorer har prosjektet bidratt med ny teori og eksperimentelle analysemetoder som vi forventer vil bli tatt i bruk på feltet. Prosjektet har bidratt vesentlig til å styrke piezoelektriske komponenter som et forskningtema i Norge og medført en kompetanseoppbygging innen fabrikasjon av piezoelektriske komponenter hos oss som også industrien kan nyte godt av. Alle resultatene er innenfor forskningstema som det er industriell interesse for. Prosjektet har sørget for at piezoelektriske komponenter er dekket i flere emner på alle nivåer utdanningene våre og med det at arbeidslivet får tilfang av denne kompetansen. Prosjektet har resultert i rekruttering av kompetent personell til Norge.

The piezoelectric effect was discovered by Pierre and Jacques Curie in 1880 and is the phenomenon that some materials experience an electrical polarization change when a mechanical stress is applied. This is called the direct effect. A piezoelectric material also exhibits the converse effect, which is that it deforms when an electrical field is applied. This coupling between the electrical and the mechanical domain has made numerous electronic devices possible. Best known among laypersons is probably the quartz-crystal resonator that has been the basis for quartz watches for several decades. The probes used in ultrasound diagnosis are usually also based on piezoelectric materials. The numerous technological applications make piezoelectric devices interesting research subjects in the engineering sciences and economically important for many businesses. There is a significant number of high-technology companies in Norway that have piezoelectric devices as part of their core technology. They encompass as diverse applications as signal processing in satellites, sonars, medical diagnostics and tunable lenses. In this project, we have chosen three focus-areas for study. One is piezoelectric thin-films for higher performance analog signal processing where the challenge is to simultaneously have low loss, strong coupling and high frequency. Another is electronic interfaces to piezoelectric transducers in order to enable remote powering of electronics devices by ultrasonic power transfer. This approach has challenges connected to effectiveness and low-power operation. The third is thin-film transducers for sensors and actuators where better models are needed in order to extract material parameters and improve designs, and where new ways to make the transducers are of interest.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

PROFESJON-Forskningskompetanse for utvalgte profesjonsutdanninger

Finansieringskilder

Temaer og emner

UtdanningUtdanning og kompetanse i samspill med arbeids- og samfunnslivVelferd, arbeidsliv og utdanningLTP3 Et kunnskapsintensivt næringsliv i hele landetEnergiPolitikk- og forvaltningsområderLTP3 Utdanning og livslang læringPortefølje InnovasjonNanoteknologi/avanserte materialerMikro- og nanoelektronikkNanoteknologi/avanserte materialerLTP3 Styrket konkurransekraft og innovasjonsevneGrunnforskningPortefølje Energi og transportLTP3 Nano-, bioteknologi og teknologikonvergensKlimarelevant forskningPolitikk- og forvaltningsområderOlje og gass - Politikk og forvaltningBransjer og næringerVareproduserende industriLTP3 Klima, miljø og energiLTP3 Tillit og fellesskapMiljøvennlig energiMiljøvennlig energi, annetEnergiMiljøvennlig energi, annetInternasjonaliseringInternasjonalt prosjektsamarbeidLTP3 Miljøvennlig energi og lavutslippsløsningerPortefølje Banebrytende forskningPolitikk- og forvaltningsområderMiljø, klima og naturforvaltningLTP3 Muliggjørende og industrielle teknologierLTP3 Utenforskap, inkludering, kulturmøter og migrasjonPortefølje Muliggjørende teknologierBransjer og næringerPortefølje Velferd og utdanningPolitikk- og forvaltningsområderNæring og handelUtdanningProfesjonsutdanning og profesjonsutøvelseBransjer og næringerIKT-næringenPortefølje ForskningssystemetBransjer og næringerEnergi - NæringsområdeInternasjonaliseringVelferd, arbeidsliv og utdanningProfesjonsutdanning og profesjonsutøvelseMiljøvennlig energiEnergibruk i industriVelferd, arbeidsliv og utdanningUtdanning og kompetanse i samspill med arbeids- og samfunnslivEnergiEnergibruk i industri