日本东北大学等确立Fe-Ga单晶板材的低成本量产技术

新技术 2018年10月24日
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作为磁致伸缩材料之一的Fe-Ga单晶是一种非常优异的能量转换材料,是小尺寸、高输出和高灵敏度的振动发电元件的基础材料。振动发电如果走向实用化,就能实现不使用纽扣电池和干电池的无线通信模块,便利性将大幅提高,届时可以在看护、犯罪预防、防灾、工厂机器保护及基础设施管理等广泛的领域和用途普及IoT。振动发电元件采用Fe-Ga单晶板,结构简单、耐久性高,而且非常实用,不过这种“板”的价格比较高,成为全面实用化的一大课题。

此次,日本的东北大学、金泽大学和福田结晶技术研究所的联合研发小组利用柴可拉斯基(CZ)法,首次成功制造了直径4英寸、长10cm的巨大Fe-Ga单晶合金(4英寸=约10cm)。另外还确立了使用多线锯切片加工,以低成本将单晶切割成板状的技术。由此,与以前利用干电池的模块系统相比,能以1/2以下的价格提供产品。

日本东北大学等确立Fe-Ga单晶板材的低成本量产技术

照片1:前为直径2英寸、长25cm,后为直径4英寸、长10cm的Fe-Ga单晶锭

通过此次确立的技术,可以大幅削减单晶制造过程中的光热费和人工费,材料及元件的量产化已有眉目,磁致伸缩振动发电走上实用化的道路。采用此次开发的单晶板的发电元件以及该元件的应用模块系统在2018 MEMS传感&网络系统展(10/17-19@幕张Messe会展中心)上进行了展示。

日本东北大学等确立Fe-Ga单晶板材的低成本量产技术

照片2:振动发电元件(中)和该元件使用的宽8mm×厚1mm×长26mm的Fe-Ga单晶合金板(下)及5号干电池(上)。

上图的元件以20~100Hz的振动输出毫瓦电力。寿命为半永久,用来取代IoT(无线通信传感器模块)的电池(一般最长3年更换一次)。以前这种单晶板价格较高,阻碍了商品化。通过此次的技术革新,上述单晶板能以数百日元/枚的成本生产,磁致伸缩振动发电元件的价格将大幅降低,相信在采用无电池模块系统的各领域,加速IoT的实用化。

文 客观日本编辑部

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