Rewolucyjna technologia ultradźwiękowa: badacze z Chemnitz wyznaczają nowe standardy!

Rewolucyjna technologia ultradźwiękowa: badacze z Chemnitz wyznaczają nowe standardy!

Naukowcy z Centrum Mikro- i Nanotechnologii (ZfM) Politechniki w Chemnitz pracują nad przełomową platformą technologiczną dla piezoelektrycznych mikromechanicznych przetworników ultradźwiękowych, lepiej znanych jako PMUT. W ścisłej współpracy z Instytutem Nanosystemów Elektronicznych im. Fraunhofera ENAS opracowano innowacyjne rozwiązanie, którego celem jest znaczne poszerzenie obszarów zastosowań technologii ultradźwiękowych. PMUT są szczególnie wszechstronne i nadają się do nieinwazyjnego obrazowania ultradźwiękowego, optoakustyki w technologii medycznej i analizy materiałów w lekkich konstrukcjach.

Te najnowocześniejsze konwertery są produkowane przy użyciu specjalistycznych mikro i nanotechnologii. Na szczególną uwagę zasługuje strukturyzacja mikromembran krzemowych, które wyposażone są w piezoelektryczne cienkie warstwy wykonane z azotku glinu i azotku skandu glinu. Technologia ta promuje zrównoważoną i zasobooszczędną produkcję, która jest dziś coraz ważniejsza.

Zalety techniczne i obszary zastosowań

PMUT charakteryzują się małymi wymiarami i dużymi możliwościami integracji, co czyni je lepszymi od konwencjonalnych konwerterów masowych. Wymagają również jedynie niskiego napięcia elektrycznego do wzbudzenia, co czyni je wszechstronnymi w zastosowaniu. Sygnały akustyczne emitowane przez PMUT umożliwiają precyzyjne mapowanie otoczenia, co jest szczególnie ważne w obszarach technologii medycznej i zastosowań endoskopowych in vivo, a także w ultradźwiękowych systemach radarowych. Niski pobór mocy i możliwość integracji ich z istniejącymi liniami technologicznymi MICROS sprawiają, że PMUT są atrakcyjną technologią dla małych i średnich przedsiębiorstw.

Kluczową cechą PMUT jest sposób ich działania: napięcie elektryczne kształtuje strukturę przetwornika, tworząc oscylację, która z kolei emituje sygnał akustyczny. Sygnał ten jest odbijany przez badaną strukturę i zawracany do PMUT, gdzie wytwarza kolejną oscylację, generując w ten sposób sygnał czujnika.

Innowacje i badania

Znaczący postęp w badaniach nastąpił po opublikowaniu w 2024 r. patentu na adaptacyjną produkcję PMUT (DE 10 2023 111 777 A1). Patent ten umożliwia opłacalne dostosowania, z których szczególnie korzystają małe i średnie przedsiębiorstwa. O jakości i znaczeniu badań świadczy fakt, że wyniki zostały opublikowane w renomowanym badaniu w czasopiśmie Nature, co oznacza, że ​​zarówno ZfM, jak i Fraunhofer ENAS znajdują się na mapie świata „PMUT Global Hotspots”.

Dr Chris Stöckel, kierownik pola badawczego ZfM, w swojej rozprawie habilitacyjnej, którą obronił 4 lutego 2025 r., poświęcił wiele uwagi technologii PMUT. Te nowe mikrosystemy będą aktywnie włączane do codziennego nauczania i badań, aby wspierać kwalifikacje specjalistów w zakresie technologii przyszłości. Możliwości, jakie oferują PMUT, to nie tylko postęp technologiczny, ale także znacząca promocja kształcenia interdyscyplinarnego.

Podsumowując, można stwierdzić, że postępy w dziedzinie piezoelektrycznych przetworników ultradźwiękowych dokonane przez Politechnikę w Chemnitz i Instytut Fraunhofera ds. Nanosystemów Elektronicznych ENAS mają potencjał umożliwienia znacznych postępów w szerokiej gamie zastosowań. Z tej przełomowej technologii mogłoby wiele skorzystać wiele gałęzi przemysłu.

Więcej informacji można uzyskać na stronie internetowej firmy Politechnika w Chemnitz I Fraunhofera ENAS.