Forskare från Binghamton University, State University of New York har utvecklat ett sätt att göra mobiltelefoner och kraftledningar mer hållbara.

Binghamton University biträdande professor i maskinteknik Sherry Towfighian och doktorand Mark Pallay skapade en ny typ av mikroelektromekaniskt system - mer känt som en MEMS-switch - som använder elektrostatisk levitation för att ge ett mer robust system.

"Alla mobiltelefoner använder MEMS-switchar för trådlös kommunikation, men traditionellt finns det bara två elektroder, " sa Towfighian. "Dessa brytare öppnas och stänger många gånger under bara en timme, men deras nuvarande livslängd är begränsad av systemet med två elektroder."

När de två elektroderna kommer i kontakt – efter flera upprepningar – blir ytan på den nedre elektroden skadad, leder till en MEMS-switch som måste kasseras och bytas ut. Vissa forskare har försökt undvika skadan genom att lägga till fördjupningar eller landningsplattor på elektroderna för att minska kontaktytan när elektroderna kolliderar, men Towfighian förklarade att detta bara försenar det eventuella sammanbrott av materialet.

Hon ville skapa ett system som helt undviker skadorna. Istället för att följa modellen med två elektroder, hon designade en MEMS-switch med tre elektroder på botten och en elektrod parallell med de andra. De två nedre elektroderna på höger och vänster sida laddas medan mitten och översta elektroderna är jordade.

"Denna typ av MEMS-omkopplare är normalt stängd, men sidoelektroderna ger en stark kraft uppåt som kan övervinna krafterna mellan de två mittelektroderna och öppna strömbrytaren, " förklarade Towfighian. Denna kraft, kallad elektrostatisk levitation, är för närvarande inte tillgänglig med tvåelektrodsystemet. Möjligheten att generera denna kraft förhindrar permanent skada på enheten efter kontinuerlig användning och möjliggör en pålitlig dubbelriktad omkopplare.

"För mobiltelefoner, denna design innebär längre livslängd och färre byte av komponenter, " sa Towfighian. "För kraftledningar, den här typen av MEMS-omkopplare skulle vara användbar när spänningen överskrider en gräns och vi vill öppna switchen. Designen tillåter oss att ha mer tillförlitliga brytare för att övervaka ovanliga spänningsspikar, som de som orsakats av en jordbävning, som kan utgöra fara för den allmänna säkerheten."

Studien, med titeln "En pålitlig MEMS-switch som använder elektrostatisk levitation, " publicerades i Bokstäver i tillämpad fysik .