Revolutionaire ultrasone technologie: Chemnitz-onderzoekers stellen nieuwe normen!

Revolutionaire ultrasone technologie: Chemnitz-onderzoekers stellen nieuwe normen!

Wetenschappers van het Centrum voor Micro- en Nanotechnologie (ZfM) van de Technische Universiteit van Chemnitz werken aan een baanbrekend technologieplatform voor piëzo-elektrische micromechanische ultrasone transducers, beter bekend als PMUT's. In nauwe samenwerking met het Fraunhofer Instituut voor Elektronische Nanosystemen ENAS hebben ze een innovatieve oplossing ontwikkeld die tot doel heeft de toepassingsgebieden van ultrasone technologieën aanzienlijk uit te breiden. PMUT's zijn bijzonder veelzijdig en geschikt voor niet-invasieve echografie, opto-akoestiek in de medische technologie en materiaalanalyse in lichtgewicht constructies.

Deze ultramoderne converters worden vervaardigd met behulp van gespecialiseerde micro- en nanotechnologieën. Bijzonder opmerkelijk is de structurering van siliciummicromembranen, die zijn voorzien van piëzo-elektrische dunne lagen gemaakt van aluminiumnitride en aluminiumscandiumnitride. Deze technologie bevordert een duurzame en hulpbronnenefficiënte productie, wat tegenwoordig steeds belangrijker wordt.

Technische voordelen en toepassingsgebieden

PMUT's worden gekenmerkt door hun kleine afmetingen en hoge integratiemogelijkheden, waardoor ze superieur zijn aan conventionele bulkconverters. Ze vereisen ook slechts lage elektrische spanningen voor excitatie, wat ze veelzijdig maakt in hun toepassing. De akoestische signalen die PMUT's uitzenden maken nauwkeurige kartering van de omgeving mogelijk, wat vooral belangrijk is op het gebied van medische technologie en endoscopische in-vivo-toepassingen, evenals in ultrasone radarsystemen. Het lage stroomverbruik en de mogelijkheid om ze te integreren in bestaande MICROS-proceslijnen maken PMUT's tot een aantrekkelijke technologie voor kleine en middelgrote bedrijven.

Een belangrijk kenmerk van PMUT's is de manier waarop ze werken: elektrische spanning vormt de structuren van de transducer, waardoor een oscillatie ontstaat die op zijn beurt een akoestisch signaal uitzendt. Dit signaal wordt gereflecteerd door de onderzochte structuur en teruggestuurd naar de PMUT, waar het een nieuwe oscillatie creëert en zo een sensorsignaal genereert.

Innovatie en onderzoek

Een aanzienlijke vooruitgang in het onderzoek werd geboekt toen in 2024 een patent voor adaptieve productie van PMUT's (DE 10 2023 111 777 A1) werd gepubliceerd. Dit patent maakt kosteneffectieve aanpassingen mogelijk waar vooral kleine en middelgrote bedrijven baat bij hebben. De kwaliteit en impact van het onderzoek blijkt uit het feit dat de resultaten zijn gepubliceerd in een gerenommeerd onderzoek in het tijdschrift Nature, waardoor zowel de ZfM als Fraunhofer ENAS op de wereldkaart ‘PMUT Global Hotspots’ staan.

Dr. Chris Stöckel, de onderzoeksveldmanager van het ZfM, besteedde in zijn habilitatiescriptie, die hij op 4 februari 2025 verdedigde, intensief aandacht aan PMUT-technologie. Deze nieuwe microsystemen zullen actief worden geïntegreerd in het dagelijkse onderwijs en onderzoek om de kwalificatie van specialisten voor de technologieën van de toekomst te ondersteunen. De kansen die PMUT's bieden vertegenwoordigen niet alleen technologische vooruitgang, maar ook een aanzienlijke bevordering van interdisciplinaire training.

Samenvattend kan worden gezegd dat de ontwikkelingen op het gebied van piëzo-elektrische ultrasone transducers door de Chemnitz University of Technology en het Fraunhofer Institute for Electronic Nanosystems ENAS het potentieel hebben om aanzienlijke vooruitgang in een breed scala aan toepassingen mogelijk te maken. Een verscheidenheid aan industrieën zou aanzienlijk kunnen profiteren van deze baanbrekende technologie.

Voor meer informatie kunt u terecht op de website van Technische Universiteit Chemnitz En Fraunhofer ENAS.