據Nanowerk 1月28日報道，東京工業(yè)大學(xué)的科學(xué)家研發(fā)出一種微型能量采集器，其設計過(guò)程更加靈活多變。這種由外置駐極體提供電能的MEMS振動(dòng)能量采集器，對未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)應用的發(fā)展至關(guān)重要。該采集器將在2019年第32屆國際微電子機械系統(MEMS)技術(shù)及應用展覽會(huì )上展出。
如今，電子設備的體積越來(lái)越小。在即將到來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代中，通過(guò)微型傳感器可以研發(fā)出在科幻小說(shuō)中才有的科技應用。然而，微電子設備的運行依舊需要電能，其運行電力主要來(lái)自微機電系統（MEMS）對機械振動(dòng)等環(huán)境能量的收集。
圖1|傳統的MEMS能量采集器（圖片來(lái)源:Tokyo Institute of Technology）
如圖1所示，傳統的MEMS能量采集器將駐極體（在強外電場(chǎng)等因素作用下，極化并能永久保持極化狀態(tài)的電介質(zhì)）置于MEMS電容器中，該電容器中有一個(gè)借助環(huán)境能量驅動(dòng)的移動(dòng)電極，從而引起電荷的移動(dòng)。但是，駐極體和MEMS組件的制造工藝必須相互兼容，其設計和制造具有很大的局限性。
東京工業(yè)大學(xué)的助理教授Daisuke Yamane及其科研團隊研發(fā)出一種新型MEMS能量采集器。它由兩個(gè)獨立的晶片組成：一個(gè)是MEMS可調電容器，另一個(gè)是由駐極體和介電材料組成的電容器（圖1）。
Yamane教授說(shuō)：該技術(shù)首次實(shí)現了駐極體和MEMS組件的分離。
圖2|新型MEMS能量采集器的采集原理（圖片來(lái)源：Tokyo Institute of Technology）
新型MEMS能量采集器的采集原理如圖2所示。駐極體電路的電容是固定的（Cfix），而MEMS可調電容器（CM）的電容根據彈簧的拉伸（由外部振動(dòng)引起）而變化。
當CM變得高于Cfix時(shí)，將引起電荷移動(dòng)并且可調電容器獲得電荷。同樣地，當Cfix較高時(shí)，電荷沿相反方向移動(dòng)，并且駐極體電路中的電容器獲得電荷。
圖3|系統電路圖與輸出電壓（圖片來(lái)源：Tokyo Institute of Technology）
電荷的移動(dòng)產(chǎn)生了可用電力。圖3的左側是芯片的構造及裝置簡(jiǎn)化圖，右側表示采集器產(chǎn)生的電壓。
Yamane教授道：新型能量采集器將駐極體與MEMS組件分離，提高了設計和制造的靈活性。該技術(shù)便于工程師的設計和制造MEMS能量采集器，這將促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的發(fā)展。
