Revolutsiooniline ultrahelitehnoloogia: Chemnitzi teadlased seavad uued standardid!

Revolutsiooniline ultrahelitehnoloogia: Chemnitzi teadlased seavad uued standardid!

Chemnitzi tehnikaülikooli mikro- ja nanotehnoloogiate keskuse (ZfM) teadlased töötavad piesoelektriliste mikromehaaniliste ultrahelimuundurite, paremini tuntud kui PMUT-ide, murrangulise tehnoloogiaplatvormi kallal. Tihedas koostöös Fraunhoferi elektrooniliste nanosüsteemide instituudiga ENAS on nad välja töötanud uuendusliku lahenduse, mille eesmärk on oluliselt laiendada ultrahelitehnoloogiate rakendusvaldkondi. PMUT-id on eriti mitmekülgsed ja sobivad mitteinvasiivseks ultrahelipildiks, optoakustikaks meditsiinitehnoloogias ja materjalianalüüsiks kergkonstruktsioonis.

Need tipptasemel muundurid on valmistatud spetsiaalsete mikro- ja nanotehnoloogiate abil. Eriti tähelepanuväärne on räni mikromembraanide struktureerimine, mis on varustatud piesoelektriliste õhukeste kihtidega, mis on valmistatud alumiiniumnitriidist ja alumiiniumist skandiumnitriidist. See tehnoloogia edendab säästvat ja ressursitõhusat tootmist, mis on tänapäeval üha olulisem.

Tehnilised eelised ja kasutusvaldkonnad

PMUT-sid iseloomustavad nende väikesed mõõtmed ja kõrge integreerimisvõime, mis muudab need tavapärastest hulgimuunduritest paremaks. Samuti vajavad nad ergastamiseks ainult madalat elektripinget, mis muudab need oma rakenduses mitmekülgseks. Akustilised signaalid, mida PMUT-id kiirgavad, võimaldavad keskkonna täpset kaardistamist, mis on eriti oluline meditsiinitehnoloogia ja endoskoopiliste in vivo rakenduste ning ultraheliradarisüsteemide valdkonnas. Madal energiatarve ja võimalus neid integreerida olemasolevatesse MICROS-i protsessiliinidesse muudavad PMUT-d atraktiivseks tehnoloogiaks väikestele ja keskmise suurusega ettevõtetele.

PMUTide põhiomadus on nende tööpõhimõte: elektripinge kujundab muunduri struktuure, tekitades võnkumise, mis omakorda kiirgab akustilise signaali. See signaal peegeldub uuritavas struktuuris ja suunatakse tagasi PMUT-i, kus see tekitab uue võnkumise, tekitades seega anduri signaali.

Innovatsioon ja teadusuuringud

Märkimisväärne edasiminek teadusuuringutes saavutati, kui 2024. aastal avaldati PMUT-de adaptiivse tootmise patent (DE 10 2023 111 777 A1). See patent võimaldab kulutõhusaid kohandusi, millest on eriti kasu väikestele ja keskmise suurusega ettevõtetele. Uuringu kvaliteeti ja mõju näitab asjaolu, et tulemused avaldati tunnustatud uuringus ajakirjas Nature, mis tähendab, et nii ZfM kui ka Fraunhofer ENAS on kantud maailmakaardile “PMUT Global Hotspots”.

ZfM-i teadusvaldkonna juht dr Chris Stöckel pööras PMUT-tehnoloogiale intensiivset tähelepanu oma habilitatsioonitöös, mille ta kaitses 4. veebruaril 2025. Neid uusi mikrosüsteeme integreeritakse aktiivselt igapäevasesse õppe- ja teadustöösse, et toetada spetsialistide kvalifikatsiooni tulevikutehnoloogiate jaoks. PMUT-de pakutavad võimalused ei esinda mitte ainult tehnoloogilist arengut, vaid ka olulist interdistsiplinaarse koolituse edendamist.

Kokkuvõttes võib öelda, et Chemnitzi Tehnikaülikooli ja Fraunhoferi Elektrooniliste Nanosüsteemide Instituudi ENASi arendused piesoelektriliste ultrahelimuundurite valdkonnas võivad võimaldada märkimisväärseid edusamme paljudes erinevates rakendustes. Mitmed tööstusharud võiksid sellest murrangulisest tehnoloogiast märkimisväärselt kasu saada.

Lisateabe saamiseks külastage veebisaiti Chemnitzi tehnikaülikool ja Fraunhofer ENAS.