Mikrosystemtechnik mit intelligenten Materialien

Prof. Manfred Kohl
Institut für Mikrostrukturtechnik, KIT, Deutschland

Abstract
Durch Entwicklung von Dünnschichten aus (multi-)ferroischen Legierungen und maßgeschneiderter Mikrotechnologien wurde eine neue Generation an intelligenten Mikrobauelementen (Smart MEMS) geschaffen, die neue vielversprechende Lösungen in der Mikrosystemtechnik ermöglichen. In dem Vortrag werden aktuelle Beispiele aus dem Bereich des „Micro Energy Harvestings“ vorgestellt. Durch Nutzung des inversen magnetischen Formgedächtniseffekts kann mechanische Schwingungsenergie in elektrische Energie gewandelt werden. Erste Demonstratoren zeigen elektrische Leistungsdichten in der Größenordnung von 2.5 mW/cm³. Formgedächtnislegierungen eignen sich insbesondere für das thermische Energy Harvesting. Dies wird am Beispiel eines Dünnfilmaktors erläutert, der aufgrund einer thermisch induzierten Phasenumwandlung erster Ordnung zu mechanischen Schwingungen mit großen Amplituden angeregt werden kann. Durch Verwendung einer Schwingungsmasse aus ferromagnetischem Material kann die Bewegungsenergie mit Hilfe des Faraday’schen Induktionsprinzips zur Energiewandlung genutzt werden. Schließlich wird auf die Entwicklung neuartiger Mikrowärmpumpen eingegangen, die für lokale Kühlanwendungen in der Mikrosystemtechnik von Interesse sind. Dabei wird der elastokalorische Effekt genutzt, der in NiTi-Legierungen eine hohe latente Wärme von ca. 20 J/g zeigt.