Piezo- & Pyro- Sensoren

 

Funktionsweise

Den Kern der PyzoFlex®-Technologie bildet eine Matrix aus siebgedruckten Sensoren. Ein Sensorelement besteht aus einer gepolten, zwischen zwei gedruckten Elektroden eingebetteten, ferroelektrischen Polymerschicht und bildet somit ein kapazitives Element. Diese Polymerschicht enthält ferroelektrische Kristallite, deren elektrisches Dipolmoment durch Polung in einem elektrischen Feld ausgerichtet (=orientiert) werden kann.

Nach dieser Polungsaktivierung werden in der Sensorschicht durch kleinste Druck- oder Temperaturänderungen elektrische Ladungen erzeugt, die zu den Elektroden fließen und als Spannungssignale über eine spezielle Multiplexer-Elektronik auf einem PC ausgelesen werden können. Die detektierte Signalhöhe ist dabei proportional zur Stärke bzw. Geschwindigkeit der Berührung – das heißt, es kann nicht nur erfasst werden wo berührt wird, sondern auch wie stark und wie schnell.

Die Materialbasis bilden ferroelektrische Co-Polymere aus der PVDF-Klasse, die ausgesprochen stabil sind, d.h. eine hohe chemische Robustheit aufweisen, sehr UV-beständig und witterungsfest sowie schwer entflammbar sind. Mit Hilfe eines mittlerweile zum Patent angemeldeten Niedrig-Temperatur Sol-Gel-Prozesses konnte dieses Material in eine Paste formuliert und damit druckbar gemacht werden. Das Sensorarray wird auf derzeit bis zu DIN A3 großen PET-Folien gedruckt, wobei lediglich vier verschiedene Materialien benötigt werden. Einmal gepolt, hat man eine über ungezählte Stimulationszyklen stabile Dipolorientierung, solange die Curietemperatur von ca. 130°C (markiert den Übergang zwischen ferroelektrischer und paraelektrischer Phase) nicht überschritten wird.

Energy Harvesting

Energy-Harvesting: kontinuierlich erzeugte Leistung in Abhängigkeit der Sensorfläche.

Alle mechanischen Bewegungen der PyzoFlex®-Folie (Druck, Flattern, Biegen) erzeugen elektrischen Ladungen - die Folie arbeite daher nicht nur als Sensor, sondern auch als mechanisch-elektrischer Energiewandler. Kombiniert mit einer geeigneten Harvesterelektronik, kann eine flächenbezogene Leistung im Bereich µW/cm2 -mW/cm2 erzeugt werden.