Революционна ултразвукова технология: Изследователите от Кемниц поставят нови стандарти!

Революционна ултразвукова технология: Изследователите от Кемниц поставят нови стандарти!

Учени от Центъра за микро- и нанотехнологии (ZfM) към Техническия университет в Кемниц работят върху новаторска технологична платформа за пиезоелектрични микромеханични ултразвукови преобразуватели, по-известни като PMUT. В тясно сътрудничество с Fraunhofer Institute for Electronic Nanosystems ENAS, те са разработили иновативно решение, което има за цел да разшири значително областите на приложение на ултразвуковите технологии. PMUTs са особено гъвкави и са подходящи за неинвазивни ултразвукови изображения, оптоакустика в медицинската технология и анализ на материали в леки конструкции.

Тези най-съвременни конвертори са произведени с помощта на специализирани микро и нанотехнологии. Особено забележително е структурирането на силициевите микромембрани, които са снабдени с пиезоелектрични тънки слоеве, направени от алуминиев нитрид и алуминиев скандиев нитрид. Тази технология насърчава устойчиво и ресурсно ефективно производство, което е все по-важно днес.

Технически предимства и области на приложение

PMUT се характеризират с малките си размери и висока способност за интегриране, което ги прави по-добри от конвенционалните масови преобразуватели. Те също така изискват само ниско електрическо напрежение за възбуждане, което ги прави универсални в тяхното приложение. Акустичните сигнали, които PMUT излъчват, позволяват прецизно картографиране на околната среда, което е особено важно в областта на медицинската технология и ендоскопските in vivo приложения, както и в ултразвуковите радарни системи. Ниската консумация на енергия и възможността за интегрирането им в съществуващи технологични линии на MICROS правят PMUT привлекателна технология за малки и средни предприятия.

Ключова характеристика на PMUT е как работят: електрическото напрежение оформя структурите на преобразувателя, създавайки трептене, което на свой ред излъчва акустичен сигнал. Този сигнал се отразява от изследваната структура и се връща към PMUT, където създава друго трептене, като по този начин генерира сензорен сигнал.

Иновации и изследвания

Значителен напредък в изследванията беше постигнат, когато през 2024 г. беше публикуван патент за адаптивно производство на PMUT (DE 10 2023 111 777 A1). Този патент дава възможност за рентабилни корекции, които са особено полезни за малките и средни компании. Качеството и въздействието на изследването се демонстрира от факта, че резултатите са публикувани в известно проучване в списание Nature, което означава, че както ZfM, така и Fraunhofer ENAS са включени в световната карта на „PMUT Global Hotspots“.

Д-р Chris Stöckel, ръководител на изследователската област на ZfM, посвети интензивно внимание на технологията PMUT в своята хабилитационна теза, която защити на 4 февруари 2025 г. Тези нови микросистеми ще бъдат активно интегрирани в ежедневното преподаване и изследвания, за да подпомогнат квалификацията на специалисти за технологиите на бъдещето. Възможностите, които PMUT предлагат не само представляват технологичен напредък, но и значително насърчаване на интердисциплинарното обучение.

В обобщение може да се каже, че разработките в областта на пиезоелектричните ултразвукови преобразуватели от Технологичния университет в Кемниц и Института Fraunhofer за електронни наносистеми ENAS имат потенциала да позволят значителен напредък в голямо разнообразие от приложения. Различни индустрии могат да се възползват значително от тази новаторска технология.

За допълнителна информация, моля посетете уебсайта на Технически университет Кемниц и Fraunhofer ENAS.