p Pesquisadores do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais e do Instituto de Pesquisa de Materiais em Penn State fazem parte de uma equipe multidisciplinar de pesquisadores de universidades e laboratórios nacionais dos EUA que fabricaram filmes finos piezoelétricos com propriedades recordes. Esses filmes projetados têm grande potencial para aplicações de coleta de energia, bem como em sistemas microeletromecânicos (MEMS), micro atuadores, e sensores para uma variedade de sistemas miniaturizados, como imagens de ultrassom, microfluídica, e detecção mecânica. p Materiais piezoelétricos podem transformar energia elétrica em energia mecânica e vice-versa. A maioria dos MEMS utiliza silício, o material padrão para eletrônicos de semicondutores, como substrato. A integração de filmes finos piezoelétricos em dispositivos MEMS à base de silício com dimensões de micrômetros a alguns milímetros adicionará um componente ativo que pode tirar proveito do movimento, como um passo ou um motor vibratório, para gerar corrente elétrica, ou use uma pequena tensão aplicada para criar movimento em nível de mícron, como focalizar uma câmera digital.

p Anteriormente, os melhores dispositivos MEMS piezoelétricos foram feitos com camadas de filmes de titanato de zircônio e silício (PZT). Recentemente, uma equipe liderada por Chang-Beom Eom da University of Wisconsin-Madison sintetizou um filme fino de niobato de chumbo-magnésio-titanato de chumbo (PMN-PT) integrado em um substrato de silício.

p A equipe da Penn State, liderado por Susan Trolier-McKinstry, professor de ciência e engenharia da cerâmica, e incluindo o pesquisador associado Srowthi Bharadwaja, PhD, mediu o desempenho elétrico e piezoelétrico dos filmes finos e comparou os filmes PMN-PT com os valores relatados de outros materiais de atuadores microusinados para mostrar o potencial do PMN-PT para aplicações de atuadores e coleta de energia.

p Em um artigo recente na Science, a equipe relatou os valores mais altos de propriedades piezoelétricas para qualquer filme fino piezoelétrico até o momento, e uma figura de mérito duas vezes maior do que os filmes PZT mais bem relatados para aplicações de captação de energia. Este aumento na atividade piezoelétrica efetiva em um filme fino resultará em uma melhora dramática no desempenho. Por exemplo, coleta de energia usando tais filmes finos fornecerá fontes de energia locais para nós de sensores sem fio para pontes, aeronave, e potencialmente para sensores do corpo humano.

p Junto com os pesquisadores da Penn State e UW-Madison, as instituições participantes incluíram o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), Universidade de Michigan, Universidade da Califórnia, Berkeley, Cornell University, e Argonne National Laboratory. O papel, intitulado “Piezoeletricidade gigante em Si para MEMS hiperativos, ”Apareceu na edição de 18 de novembro da Ciência . O trabalho na Penn State foi apoiado por uma bolsa de estudos do National Security Science and Engineering Faculty Fellowship. Outro apoio foi fornecido pela National Science Foundation, o Departamento de Energia, o Escritório da Força Aérea para Pesquisa Científica, e uma bolsa de estudos David Lucile Packard.