Onderzoekers van de Binghamton University, State University of New York heeft een manier ontwikkeld om mobiele telefoons en hoogspanningsleidingen duurzamer te maken.

Binghamton University Assistant Professor of Mechanical Engineering Sherry Towfighian en afgestudeerde student Mark Pallay creëerden een nieuw type micro-elektromechanisch systeem - beter bekend als een MEMS-schakelaar - dat elektrostatische levitatie gebruikt om een ​​robuuster systeem te bieden.

"Alle mobiele telefoons gebruiken MEMS-schakelaars voor draadloze communicatie, maar traditioneel zijn er slechts twee elektroden, "zei Towfighian. "Die schakelaars openen en sluiten meerdere keren gedurende slechts een uur, maar hun huidige levensduur wordt beperkt door het systeem met twee elektroden."

Wanneer de twee elektroden in contact komen - na verschillende herhalingen - raakt het oppervlak van de onderste elektrode beschadigd, wat leidt tot een MEMS-schakelaar die moet worden weggegooid en vervangen. Sommige onderzoekers hebben geprobeerd de schade te voorkomen door kuiltjes of landingskussens aan de elektroden toe te voegen om het contactoppervlak te verkleinen wanneer de elektroden botsen, maar Towfighian legde uit dat dit de uiteindelijke afbraak van het materiaal alleen maar vertraagt.

Ze wilde een systeem creëren dat de schade helemaal vermijdt. In plaats van het model met twee elektroden te volgen, ze ontwierp een MEMS-schakelaar met drie elektroden aan de onderkant en één elektrode parallel aan de andere. De twee onderste elektroden aan de rechter- en linkerkant worden opgeladen, terwijl de middelste en bovenste elektroden geaard zijn.

"Dit type MEMS-schakelaar is normaal gesproken gesloten, maar de zijelektroden zorgen voor een sterke opwaartse kracht die de krachten tussen de twee middelste elektroden kan overwinnen en de schakelaar kan openen, " legde Towfighian uit. Deze kracht, elektrostatische levitatie genoemd, is momenteel niet beschikbaar met het systeem met twee elektroden. De mogelijkheid om deze kracht op te wekken voorkomt blijvende schade aan het apparaat na continu gebruik en maakt een betrouwbare bidirectionele schakelaar mogelijk.

"Voor mobiele telefoons, dit ontwerp betekent een langere levensduur en minder vervanging van onderdelen, "zei Towfighian. "Voor hoogspanningskabels, dit type MEMS-schakelaar zou handig zijn wanneer de spanning een limiet overschrijdt en we de schakelaar willen openen. Het ontwerp stelt ons in staat om betrouwbaardere schakelaars te hebben om ongebruikelijke spanningspieken te bewaken, zoals die veroorzaakt door een aardbeving, die gevaar kunnen opleveren voor de openbare veiligheid."

De studie, getiteld 'Een betrouwbare MEMS-schakelaar die elektrostatische levitatie gebruikt, " werd gepubliceerd in Technische Natuurkunde Brieven .