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Energy Harvesting

Thermoelektrik – Seebeck-Effekt – thermophysikalische Eigenschaften – Energy Harvesting aus Schwingungen – 2D-Schwinger – Cytop und Parylene – Nahfeldkommunikation (NFC) – Mikrospulen

Kompetenz

Im Lauf der Jahre haben wir vier Themen des Energy Harvesting mit Mikrowandlern vorangetrieben:
- Thermoelektrische Materialien und Charakterisierung ihrer thermophysikalischen Eigenschaften: Als Effekt für die Energiekonversion von thermischer Energie, insbesondere wenn Temperaturdifferenzen vorliegen, kommt der Seebeckeffekt in leitenden Materialien in Frage. Über die Jahre wurden zahlreiche Mikroteststrukturen zur thermophysikalischen Charakterisierung von Dünnschichten entwickelt, mit dem Ziel einer hohen Konversionseffizienz.
- Energy Harvesting von nichtperiodischen Schwingungen: Durch die Kombination von magnetischen Aktoren als Inertialkomponente und die Übertragung ihrer Bewegung unter äußerer mechanischer Beeinflussung auf piezoelektrische bzw. kapazitive Wandlerkomponenten wird eine effiziente Umwandlung äußerer Beschleunigungen im 0,1-10-Hz-Bereich in hochfrequente Schwingungen ermöglicht
- Elektretbasierte Energiekonversion aus Schwingungsenergie. Die Bewegung resonanter Schwinger in 1D und 2D wurde durch elektretbeschichtete, permanent geladene Komponenten in elektrische Energie umgewandelt. In einer ersten Arbeit wurde Cytop gleichzeitig als Elektret und Aufbau- und Verbindungsmaterial untersucht und eingesetzt. Eine zweite Arbeit widmete sich den Eigenschaften von Parylene als Elektretmaterial.
- Energie- und Datenübertragen mit miniaturisierten NFC-Methoden. Die telemetrische intelligente Zahnspange wird durch induktive Kopplung bei 13,56 MHz zwischen einer externen, miniaturisierten Spule und einer im Smart Bracket integrierten Mikrospule mit Energie versorgt. Durch Modulation der Kopplungseffizienz wird die Übertragung digitalisierter Messdaten aus der intelligenten Zahnspange ermöglicht.

  

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Ausgewählte Veröffentlichungen 

  • J. Hafner, B. G. Lapatki, O. Paul, „First Telemetric Smart Orthodontic Bracket for Therapeutic Applications”, IEEE Sensors Conf. 2018, Delhi, India. DOI: 10.1109/ICSENS.2018.8589619
  • K. Goda, T. Yoshioka, K. Ao, R. Abe, and O. Paul, “CHARGE TRANSPORT IN SiO2/Si3N4 AND SiO2/Si-RICH SiN ELECTRETS FOR HIGH-TEMPERATURE ELECTROSTATIC ENERGY MICRO-HARVESTERS”, Proc. Transducers 2015, Anchorage, USA. DOI: 10.1109/TRANSDUCERS.2015.7181331
  • S. Genter, T. Langhof, O. Paul „Electret-based Out-Of-Plane Micro Energy Harvester with Parylene-C Serving as the Electret and Spring Material”, Procedia Engineering, Vol. 120, 2015, 341-344. DOI: 10.1016/j.proeng.2015.08.630
  • T. Galchev, R. Raz, O. Paul, „An electrostatic springless inertial harvester for converting multi-dimensional low-frequency motion“, Proc. 26th IEEE MEMS Conf., Taipei, Taiwan, 2013. DOI 10.1109/MEMSYS.2013.6474187
  • U Bartsch, J Gaspar and O Paul, “Low-frequency two-dimensional resonators for vibrational micro energy harvesting”, J. Micromech. Microeng. 20 035016, 2020. DOI 10.1088/0960-1317/20/3/035016
  • O. Paul and P. Ruther, Buchkapitel „Material Characterization“, Kapitel 2 in: „CMOS-based Micro and Nano Electro Mechanical Systems“, Herausgeber O. Brand und G. Fedder, Wiley-VCH (2005), 69-135
     

Projekte 

  • DFG-Graduiertenkolleg 1322 Micro Energy Harvesting, 2006-2015
  • DFG-Sachbeihilfen zum Thema Smart Brackets, 2007-2017
  • EU Marie-Curie-Projekte Parafree und ProxEE, 2012-2015

Dissertationen

  • Julian Hafner, 2022, “Telemetric Smart Orthodontic Bracket”

  • S. Genter, 2018, “Parylene-C as the Electret Material for Micro Energy Harvesters”

  • U. Bartsch, 2010, “Electret Based Resonant Micro Energy Harvesting in Two Dimensions”

Akademische Partner

  • Prof. Dr. Y. Manoli (IMTEK, Universität Freiburg)

  • Prof. Dr. B. Lapatki (Universität und Universitätsklinikum Ulm)

Kontakt 

Prof. Dr. Oliver Paul,
Email: paul(usual symbol)imtek.de

 
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