p As medições de sinais elétricos, como o ECG (eletrocardiograma), podem mostrar como funciona o cérebro ou o coração humano. Além dos sinais elétricos, os sinais magnéticos também revelam algo sobre a atividade desses órgãos. Eles podem ser medidos com pouco esforço e sem contato com a pele. Mas os sinais especialmente fracos requerem sensores altamente sensíveis. Cientistas do Collaboraive research Center 1261 "Magnetoelectric Sensors" da Kiel University desenvolveram agora um novo conceito para sensores cantilever, com o objetivo futuro de medir essas frequências baixas de atividade cardíaca e cerebral. O extremamente pequeno, Sensores com eficiência energética são particularmente adequados para aplicações médicas ou microeletrônica móvel. Isso é possível pelo uso de eletretos. Esse material é permanentemente carregado eletricamente, e também é usado em microfones para aparelhos auditivos ou telefones celulares. A equipe de pesquisa apresentou seu conceito de sensor em uma edição especial da renomada revista Nano Energy. p Ainda mais eficaz:converter energia mecânica em energia elétrica

p A equipe de pesquisa liderada pelo Professor Rainer Adelung, grupo de trabalho "nanomateriais funcionais, "e o professor Franz Faupel, grupo de trabalho de materiais multicomponentes, concentra-se em sensores cantilever. Estes consistem em uma fina tira de silício, que no caso mais simples tem duas camadas aplicadas:a primeira responde a campos magnéticos (material magnetostritivo), e o segundo pode emitir uma voltagem elétrica (material piezoelétrico). "Se ocorrer um campo magnético, a primeira camada deforma e, assim, dobra toda a faixa - que vibra como um trampolim em uma piscina, "explicou Faupel, membro do CRC, o princípio básico. Devido à deformação, a segunda camada emite um sinal de tensão mensurável.

p "Com nosso novo conceito de sensor, buscamos uma maneira de tornar esta conversão de energia mecânica em energia elétrica ainda mais eficaz, dando mais ímpeto ao feixe de flexão, "explicou a pesquisadora de doutorado Marleen Schweichel. Quanto mais a viga de flexão vibra, mais forte é o sinal elétrico emitido.

p Material duro feito para vibrar

p Normalmente, os chamados materiais macios, como plásticos, vibram em baixa frequência. A vibração é, portanto, significativamente amortecida, e o sinal emitido é muito fraco. Com materiais duros, um amortecimento significativo pode ser evitado. Contudo, uma massa maior de material é necessária para este propósito, que dificilmente cabem nas pequenas dimensões da tecnologia de sensor. "Com a nossa abordagem, fomos capazes de fazer uma pequena viga de flexão feita de material rígido se comportar como um material macio, e vibrar em baixas frequências - e o que é mais, em uma amplitude ainda maior, "resumiu Adelung o que há de tão especial em suas descobertas.

p Materiais de eletreto:permanentemente carregados eletricamente

p O fator decisivo foi o chamado eletreto. A equipe de pesquisa aplicou este material permanentemente eletricamente carregado sob a viga de dobra. Normalmente, o feixe de flexão vibratório empurra de volta para sua posição original. Contudo, devido ao seu estresse auto-equilibrante, o eletreto puxa o feixe de flexão na direção oposta, e, assim, aumenta a vibração do feixe - e, portanto, o sinal elétrico do sensor.

p Para ser capaz de ler este sinal com a maior precisão possível, a equipe de pesquisa também integrou uma nova abordagem para redução de ruído em seu conceito de sensor alternativo. Com uma medição extremamente rápida, os sinais individuais podem ser "captados" entre o ruído, de acordo com a primeira autora Mona Mintken do grupo de trabalho "nanomateriais funcionais".

p Sensor com fonte de alimentação integrada

p Graças aos eletretos usados ​​nos sensores, não são apenas as baixas frequências que podem ser melhor medidas. Semelhante a ímãs permanentes, que criam seu próprio campo magnético persistente sem uma fonte de alimentação, eletretos também criam seu próprio campo elétrico permanente. "O eletreto, portanto, dá ao sensor um potencial elétrico embutido. O próprio sensor, então, não requer fonte de alimentação externa, e pode ser usado para aplicativos móveis, "explicou o pesquisador doutoral Stefan Schröder. Por meio de um acordo de cooperação, ele passou três meses pesquisando no Massachusetts Institute of Technology (MIT) nos Estados Unidos, a fim de melhorar ainda mais as camadas de eletreto especiais necessárias. Para fazer isso, ele usou o processo denominado iCVD (iniciador de deposição química de vapor), que permite que camadas de materiais individuais sejam depositadas com alta precisão.

p “Os eletretos funcionam como uma espécie de nanogerador, que gera energia elétrica. E posso fazer isso teoricamente por mais de vinte anos, "disse o cientista de materiais Faupel." Sensores com uma fonte de alimentação integrada em tamanhos tão pequenos também são interessantes para aplicações na área da Internet das Coisas, que conecta descentralizado, sistemas eletrônicos autônomos, "adicionou Adelung.