A bistable shape memory microswitch with high energy density

双稳态 形状记忆合金 形状记忆合金* 材料科学 机制(生物学) 工作(物理) 铁磁性 有限元法 磁场 结构工程 功率(物理) 机械 机械工程 凝聚态物理 复合材料 物理 计算机科学 光电子学 工程类 算法 量子力学
作者
Johannes V. Barth,B. Krevet,Manfred Kohl
出处
期刊:Smart Materials and Structures [IOP Publishing]
卷期号:19 (9): 094004-094004 被引量:42
标识
DOI:10.1088/0964-1726/19/9/094004
摘要

A novel concept and various layouts of a bistable microswitch are presented, that combine an antagonistic shape memory alloy (SMA) actuation mechanism with two end positions, and magnetic components to maintain the end positions in the power-off state. The antagonistic SMA actuation mechanism consists of two mechanically coupled freely suspended TiNi microbridges of 20 µm thickness that are pre-strained with respect to each other. The electro-thermo-mechanical response of the coupled microbridges is investigated for various degrees of pre-strain to determine the maximum actuation stroke, minimum required magnetic retention force and maximum switching force. Different layout variants consisting of hard- and soft-magnetic microstructures are compared and evaluated for magnetic retention. The optimization of the ferromagnetic attraction force of a specific layout is shown by finite element simulations. First demonstrator microswitches with outer dimensions of about 7 × 7 × 4 mm3 are presented that show large work outputs featuring strokes and contact forces up to 84 µm and 30 mN, respectively.
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