NASA-entwickelter MEMS-Beschleunigungsmesser & Gyroskop mit hochfestem Kohlenstoffnanoröhren-Band

Das NASA Marshall Space Flight Center entwickelte Designs für zwei mikro-elektromechanische Systeme (MEMS) zur Bewegungs- und Positionsmessung: einen Einachsen-Beschleunigungsmesser und ein Gyroskop. Die Designs nutzen ein hochausgerichtetes Mehrwand-Kohlenstoffnanoröhren-Band (MWCNT) mit einer P(VDF-TrFE)-Matrix, das mechanisch robust ist und exzellente piezoelektrische Eigenschaften als Sensorelement und Aktorelement aufweist.

Vorteile der CNT-Technologie

Der Einsatz von CNT-Band in einem Gyroskop wird durch jüngste Verbesserungen in der CNT-Verarbeitung ermöglicht, die längere, höher ausgerichtete CNTs liefern. Die Verwendung von CNTs macht Beschleunigungsmesser und Gyroskope stärker und robuster, ohne Größe oder Gewicht zu erhöhen. Der Hauptvorteil gegenüber Silizium (Si) und Quarzsensoren ist die einfachere Fertigung, die keine Bearbeitung erfordert.

Beschleunigungsmesser-Design

NASAs Beschleunigungsmesser wurde entwickelt, um die Mängel herkömmlicher piezoelektrischer Beschleunigungsmesser aus Keramikmaterialien wie Bariumtitanat (BaTiO₃) oder Bleititanat (PZT) zu beheben. Diese Materialien sind von Natur aus spröde, neigen zu Rauschen, haben Schwierigkeiten bei der Erfassung niedriger Frequenzen, unterliegen statischer Aufladung, die die Polarisation beeinflusst, und sind relativ groß und teuer. Das einzigartige Merkmal der NASA-Innovation ist die Verwendung von Kohlenstoffnanoröhren/P(VDF-TrFE)-Band als Aktorelement und Sensorelement.

Der neue Beschleunigungsmesser wirkt als Feder-Masse-System. Eine bewegliche Masse liegt zwischen festen Wänden und ist beidseitig an zwei CNT-Bänder angebunden. Die Masse wird entlang einer Achse verschoben, wenn eine Kraft auf sie einwirkt. Ein Band dient als Aktor zur Dämpfung der Bewegung der Masse, das andere zur Erfassung der Massenverschiebung.

Gyroskop-Design

Der Einachsen-Beschleunigungsmesser kann allein oder als Basis für ein Zweiachs-Gyroskop dienen. Das CNT-Band wird als schwingendes Element im Gyroskop verwendet. Das NASA-Gyroskop-Design umfasst drei Konfigurationen: CNT-Band um den leitfähigen Rotor gewickelt, dasselbe CNT-Band mit Piezo-Material geschichtet zu einer Rotorform, und piezo-beschichtetes CNT-Band als Rotor.

NASA sucht aktiv Lizenznehmer zur Kommerzialisierung dieser Technologie. Bitte kontaktieren Sie Sammy Nabors unter This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. oder 256-544-5226, um Lizenzgespräche zu initiieren. Folgen Sie diesem Link für weitere Informationen.