Vallankumouksellinen ultraäänitekniikka: Chemnitzin tutkijat asettavat uusia standardeja!

Vallankumouksellinen ultraäänitekniikka: Chemnitzin tutkijat asettavat uusia standardeja!

Chemnitzin teknillisen yliopiston mikro- ja nanoteknologiakeskuksen (ZfM) tutkijat työskentelevät uraauurtavan teknologia-alustan parissa pietsosähköisille mikromekaanisille ultraääniantureille, jotka tunnetaan paremmin nimellä PMUT. Läheisessä yhteistyössä Fraunhofer Institute for Electronic Nanosystems ENASin kanssa he ovat kehittäneet innovatiivisen ratkaisun, jonka tavoitteena on laajentaa merkittävästi ultraääniteknologioiden sovellusalueita. PMUT:t ovat erityisen monipuolisia ja soveltuvat noninvasiiviseen ultraäänikuvaukseen, lääketieteen optoakustiikkaan ja kevytrakenteiden materiaalianalyysiin.

Nämä huippuluokan muuntimet valmistetaan käyttämällä erikoistuneita mikro- ja nanoteknologioita. Erityisen huomionarvoista on piimikrokalvojen rakenne, jotka on varustettu pietsosähköisillä ohuilla kerroksilla, jotka on valmistettu alumiininitridistä ja alumiiniskandiumnitridistä. Tämä teknologia edistää kestävää ja resurssitehokasta tuotantoa, joka on nykyään yhä tärkeämpää.

Tekniset edut ja käyttöalueet

PMUT:ille on tunnusomaista niiden pienet mitat ja korkea integrointikyky, mikä tekee niistä parempia kuin perinteiset bulkkimuuntimet. Ne vaativat myös vain pieniä sähköjännitteitä viritteeseen, mikä tekee niistä monipuolisia sovelluksessaan. PMUT:iden lähettämät akustiset signaalit mahdollistavat tarkan ympäristön kartoituksen, mikä on erityisen tärkeää lääketieteen tekniikan ja endoskooppisten in vivo -sovellusten sekä ultraäänitutkajärjestelmien alueilla. Alhainen virrankulutus ja kyky integroida ne olemassa oleviin MICROS-prosessilinjoihin tekevät PMUT:ista houkuttelevan teknologian pienille ja keskisuurille yrityksille.

PMUT:iden keskeinen piirre on niiden toiminta: sähköjännite muokkaa anturin rakenteita luoden värähtelyn, joka puolestaan ​​lähettää akustista signaalia. Tämä signaali heijastuu tutkittavasta rakenteesta ja palautetaan PMUT:iin, jossa se synnyttää uuden värähtelyn, jolloin syntyy anturisignaali.

Innovaatiot ja tutkimus

Merkittävä edistysaskel tutkimuksessa saavutettiin, kun vuonna 2024 julkaistiin patentti PMUT:iden adaptiiviseen valmistukseen (DE 10 2023 111 777 A1). Tämä patentti mahdollistaa kustannustehokkaat sopeutukset, joista hyötyvät erityisesti pienet ja keskisuuret yritykset. Tutkimuksen laadusta ja vaikutuksesta kertoo se, että tulokset julkaistiin arvostetussa tutkimuksessa Nature-lehdessä, mikä tarkoittaa, että sekä ZfM että Fraunhofer ENAS on listattu "PMUT Global Hotspots" -maailmankartalla.

ZfM:n tutkimusalapäällikkö tohtori Chris Stöckel kiinnitti intensiivistä huomiota PMUT-teknologiaan habilitaatiotyössään, jonka hän puolustaa 4.2.2025. Nämä uudet mikrojärjestelmät integroidaan aktiivisesti jokapäiväiseen opetukseen ja tutkimukseen tukemaan tulevaisuuden teknologioiden asiantuntijoiden pätevyyttä. PMUT:iden tarjoamat mahdollisuudet eivät edusta vain teknologista kehitystä, vaan myös merkittävää monitieteisen koulutuksen edistämistä.

Yhteenvetona voidaan sanoa, että Chemnitzin teknillisen yliopiston ja Fraunhofer Institute for Electronic Nanosystems ENASin kehitys pietsosähköisten ultraäänimuuntimien alalla mahdollistaa merkittäviä edistysaskeleita monissa erilaisissa sovelluksissa. Useat teollisuudenalat voivat hyötyä merkittävästi tästä uraauurtavasta teknologiasta.

Lisätietoja saat verkkosivuilta Chemnitzin teknillinen yliopisto ja Fraunhofer ENAS.