Aktuátorok korszerű anyagai Készítette: Tomozi György
Technológiai fejlődés iránya Mikro nanotechnológia egyre kisebb aktuátorok egyre gyorsabb aktuátorok nem feltétlenül villamos, hanem egyéb csatolás Járműipar üzemanyag befecskendezés, elosztás kényelmi szolgáltatások Orvosi alkalmazások biokompatibilitás méret Aktuátorok korszerű anyagai 2
Korszerű anyagok Piezo elektromos anyagok (Ferroelektromos) Magnetostrikció Mágneses emlékező fémek (MSM) Emlékező fémek (SMA) Emlékező polimerek (SMP) Mikrogömb kompozitok Elektro aktív polimerek (EAP) Aktuátorok korszerű anyagai 3
Piezoelektromos anyagok Természetes: Berlinit, kvarc, turmalin-ásványok Mesterséges: Ólom-titanát, Ólom-cinkronát-titanát, Lítiumniobát Alkalmazások: nagy feszültség (1-2kV), nagy energiasűrűség, szenzorok Aktuátorok korszerű anyagai 4
Piezoelektromos anyagok Aktuátoros alkalmazások: Hangszóró Piezo motorok Aktuátorok korszerű anyagai 5
Piezoelektromos anyagok Aktuátoros alkalmazások: alagút mikroszkóp Dízel motor befecskendezés lineár aktuátor Aktuátorok korszerű anyagai 6
Piezoelektromos anyagok Működési elv Villamos térerősség hatására rendeződnek a kristályok - más méret Nagy energia sűrűség Nagy gyorsulás, dinamika Aktuátorok korszerű anyagai 7
Piezoelektromos anyagok - Előállítás - Egykristályhúzás ólom-magnézium-niobát vagy ólom-titanát alacsony hőmérséklet, ólom jelenléte Vékonyfilm szórással gőzőlt, egyéb nagy hőmérséklet feszültségek az anyagban kompatibilitás a meglévő technológiákkal Vastagfilm ragasztott rétegek kis hőmérséklet Aktuátorok korszerű anyagai 8
Piezoelektromos félvezetők Nagy a kiürített sáv mérete (3,4eV) vegyi hatásokkal, sugárzásokkal szembeni ellenálló képesség magas hőmérséklettűrő képesség (180-300 fok) Alkalmazott anyagok: GaN, GaAs, ZnO ZnO specialitás: bonyolult nanostruktúra is kialakítható -> Bio-mechanika Aktuátorok korszerű anyagai 9
Piezoelektromos félvezetők Aktuátorok korszerű anyagai 10
Magnetostriktív anyagok Magnetostriktív aktuátor Aktuátorok korszerű anyagai 11
Magnetostriktív anyagok Kis térerősségre nagy alakváltozás 100Hz feletti frekvencia tartományban is Visszatérítés: rugó, 90 fokkal elforgatott mágneses mező Aktuátorok korszerű anyagai 12
MSM előállítása Egykristálynövesztés 1000 fokon homogenizálják (24h) 800 fokon feszültség mentesítik (20h) Orientációt röntgennel állítják be Legjobb anyag: Ni2MnGa 2 fajta kristálystruktúra Aktuátorok korszerű anyagai 13
MSM anyagok Aktuátorok korszerű anyagai 14
MSM aktuátorok Tipikusan aktuátoros alkalmazás Légrés legyen kicsi kb. 300-500 ka/m-es térerősség (0,6T) Állandómágneses előfeszítés Ha a sajátfrekvencián gerjesztjük -> még jobb hatásfok Aktuátorok korszerű anyagai 15
MSM aktuátorok Nagy frekvencián szkin hatás ->örvényáram -> lemezelni kell Aktuátorok korszerű anyagai 16
MSM aktuátorok Aktuátor válaszideje Max. sebesség 1,5m/ s Nagy méretváltozás -> nincs szükség áttételre Aktuátorok korszerű anyagai 17
MSM aktuátorok MSM hely az aktuátorok között Aktuátorok korszerű anyagai 18
Mikrogömb kompozitok Szénhidrogén töltet melegítéskor gázzá válik Tipikus átmérő: 10um 60-szor nagyobb végleges méret Irreverzibilis Aktuátorok korszerű anyagai 19
Mikrogömb kompozitok Műanyagipar térfogat növelés, sűrűség csökkentés Egyszer használatos aktuátorok Aktuátorok korszerű anyagai 20
Elektro-aktív polimer Két csoport: elektromos, ionos Elektromos: száraz, feszültségre működik, dielektromos elasztomer, elektro-aktív polimer Ionos: alacsony feszültség, nedves környezet, dielektrikum, leggyakoribb Aktuátorok korszerű anyagai 21
Elektro-aktív polimerek Előny: alacsony feszültség, könnyű előállítás, biokompatibilis Térfogatváltozás: oxidációval, redukcióval Passzív szubsztrát réteg kell (arany) Polypyrrolle, polyanilin Elektrolit a kilépő ionok tárolására: sóoldat (NaCl), vér Aktuátorok korszerű anyagai 22
Elektro-aktív polimerek Aktuátorok korszerű anyagai 23
Elektro-aktív polimerek Aktuátorok korszerű anyagai 24
Elektro-aktív polimer Aktuátorok korszerű anyagai 25