NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2013/nieuw-materialen-met-betere-piezo-elektrische-eigenschappen-nr-i15/

Geprint op :
11 december 2018
16:16:20

Piëzo-elektrische sensoren en actuatoren beginnen een belangrijke rol te spelen in high tech apparaten, systemen en technologieën. Piëzo-elektrische materialen zijn in staat een elektrisch signaal om te zetten in een fysieke verplaatsing: ze vervormen als ze een elektrische spanning ervaren. Omgekeerd zetten ze een verplaatsing om in een elektrisch signaal, door onder druk zelf een spanning te produceren.

Toepassingen
Vanwege deze unieke eigenschappen wordt piëzo-technologie gebruikt in een grote verscheidenheid aan toepassingen, bijvoorbeeld om instrumenten met nanometer-precisie te positioneren, waaronder de lithografiemachines die geïntegreerde schakelingen maken. Daarnaast worden piëzo-elektrische materialen gebruikt om brandstofkleppen te openen in dieselmotoren, om signalen te filteren in mobiele telefoons, en zelfs om beelden van ongeboren baby's vast te leggen. Sinds de jaren negentig bestuderen wetenschappers dunne films van piëzo-elektrische materialen, en hebben zij verbeterde methoden ontwikkeld om deze films te maken.

Tegelijkertijd komen een aantal bedrijven met innovatieve ideeën om nieuwe typen sensoren, actuatoren en andere producten te maken op basis van micro-elektromechanische systemen, de zogeheten MEMS-technologie. In deze minuscule systemen combineren de bedrijven elektronische, mechanische en chemische componenten. MEMS-technologie komt reeds voor in bijvoorbeeld inkjet-printkoppen, micropompen en biosensoren.

Piëzo en MEMS gecombineerd
Binnen het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie op de Universiteit Twente proberen onderzoekers MEMS- en piëzotechnologie te combineren, door piëzo-elektrische dunne films te gebruiken in silicium systemen. Samen met het spin off-bedrijf Solmates BV ontwikkelden zij een methode op basis van gepulste-laser-depositie, waarmee ze piëzo-MEMS-structuren op industriële schaal kunnen produceren.

Binnen het programma 'Size dependent material properties' hebben de onderzoekers nieuwe piëzo-MEMS-structuren gerealiseerd. Deze structuren maken gebruik van zogeheten PZT-films, die bestaan uit een enkele kristallaag op basis van lood (Pb), zirkonium (Zr), titanium (Ti) en zuurstof (O). Deze films hebben ongekende eigenschappen laten zien, zoals sterk verbeterde piëzo-elektrische eigenschappen die zelfs na zeer langdurig gebruik niet afnemen.

De onderzoekers ontwikkelden een simpele en doeltreffende methode om PZT-films te structuren met een proces waarbij de structuren bij hoge temperatuur tot op de micrometer precies worden aangebracht. Dit maakt het niet alleen mogelijk piëzo-nano-elektromechanische systemen (NEMS) te realiseren, maar ook om de eigenschappen van de films in kaart te brengen.