Beschleunigungsmesser- und Gyroskop-Designs basierend auf Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Band

Das NASA Marshall Space Flight Center entwickelte Entwürfe für zwei mikroelektromechanische Systeme (MEMS) Bewegungs- und Positionssensoren:einen einachsigen Beschleunigungsmesser und ein Gyroskop. Die Designs nutzen ein hochgradig ausgerichtetes mehrwandiges Kohlenstoffnanoröhrenband (MWCNT) mit einer P(VDF-TrFE)-Matrix, das mechanisch robust ist und als Sensor- und Betätigungselement hervorragende piezoelektrische Eigenschaften aufweist.

Die Verwendung von CNT-Band in einem Gyroskop wird durch kürzliche Verbesserungen bei der CNT-Verarbeitung ermöglicht, die längere CNTs ergeben, die stärker ausgerichtet sind. Die Verwendung von CNTs macht Beschleunigungsmesser und Gyroskope stärker und robuster, ohne ihre Größe oder ihr Gewicht zu erhöhen. Der Hauptvorteil im Vergleich zu Silizium- (Si) und Quarzsensoren ist die einfachere Herstellung, die keine Bearbeitung erfordert.

Der Beschleunigungsmesser der NASA wurde entwickelt, um die Mängel herkömmlicher piezoelektrischer Beschleunigungsmesser zu beheben, die aus keramischen Materialien wie Bariumtitanat (BaTiO₃) hergestellt sind ) oder Bleititanat (PZT). Diese Materialien sind von Natur aus spröde, neigen zum Rauschen, haben Schwierigkeiten, niedrige Frequenzen zu erfassen, unterliegen dem Aufbau statischer Ladung, 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 Betätigungs- und Sensorelement.

Der neue Beschleunigungssensor fungiert als Feder-Masse-System. Es befindet sich eine bewegte Masse zwischen feststehenden Wänden und ist auf beiden Seiten an zwei CNT-Bändern befestigt. Die Masse wird entlang einer einzelnen Achse verschoben, wenn eine aufgebrachte Kraft auf die Masse wirkt. Dieser Sensor verwendet ein Band als Aktuator, um die Bewegung der sich bewegenden Masse zu dämpfen, während das andere Band zum Erfassen der Massenverschiebung verwendet wird.

Der einachsige Beschleunigungsmesser kann allein oder als Basis für ein zweiachsiges Gyroskop verwendet werden. Das CNT-Band wird als Vibrationselement im Gyroskop verwendet. Das Design des NASA-Gyroskops umfasst drei Konfigurationen:CNT-Band, das um den leitfähigen Rotor des Gyroskops gewickelt ist, dasselbe CNT-Band, das mit Piezomaterial beschichtet ist, um eine Rotorform zu bilden, und piezogespritztes CNT-Band, das als Rotor verwendet wird.

Die NASA sucht aktiv nach Lizenznehmern zur Kommerzialisierung dieser Technologie. Bitte kontaktieren Sie Sammy Nabors unter Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! JavaScript muss aktiviert werden, damit sie angezeigt werden kann. oder 256-544-5226, um Lizenzierungsdiskussionen einzuleiten. Folgen Sie diesem Link hier für mehr Informationen.