Revolucionarna ultrazvočna tehnologija: raziskovalci iz Chemnitza postavljajo nove standarde!

Revolucionarna ultrazvočna tehnologija: raziskovalci iz Chemnitza postavljajo nove standarde!

Znanstveniki v Centru za mikro- in nanotehnologije (ZfM) na Tehnološki univerzi Chemnitz delajo na prelomni tehnološki platformi za piezoelektrične mikromehanske ultrazvočne pretvornike, bolj znane kot PMUT. V tesnem sodelovanju s Fraunhoferjevim inštitutom za elektronske nanosisteme ENAS so razvili inovativno rešitev, katere cilj je bistveno razširiti področja uporabe ultrazvočnih tehnologij. PMUT so še posebej vsestranski in primerni za neinvazivno ultrazvočno slikanje, optoakustiko v medicinski tehnologiji in analizo materialov v lahkih konstrukcijah.

Ti najsodobnejši pretvorniki so izdelani z uporabo specializiranih mikro in nanotehnologij. Posebej omembe vredno je strukturiranje silicijevih mikromembran, ki so opremljene s piezoelektričnimi tankimi plastmi iz aluminijevega nitrida in aluminijevega skandijevega nitrida. Ta tehnologija spodbuja trajnostno in z viri učinkovito proizvodnjo, ki je danes vse bolj pomembna.

Tehnične prednosti in področja uporabe

Za PMUT so značilne majhne dimenzije in visoka integracijska zmogljivost, zaradi česar so boljši od običajnih množičnih pretvornikov. Za vzbujanje potrebujejo le nizke električne napetosti, zaradi česar so vsestranski pri uporabi. Zvočni signali, ki jih oddajajo PMUT, omogočajo natančno preslikavo okolja, kar je še posebej pomembno na področjih medicinske tehnologije in endoskopskih in-vivo aplikacij ter ultrazvočnih radarskih sistemov. Zaradi nizke porabe energije in zmožnosti njihove integracije v obstoječe procesne linije MICROS so PMUT privlačna tehnologija za mala in srednje velika podjetja.

Ključna značilnost PMUT je, kako delujejo: električna napetost oblikuje strukture pretvornika in ustvarja nihanje, ki nato oddaja zvočni signal. Preiskovana struktura odbije ta signal in ga vrne v PMUT, kjer ustvari novo nihanje in tako ustvari senzorski signal.

Inovacije in raziskave

Pomemben napredek v raziskavah je bil dosežen, ko je bil leta 2024 objavljen patent za prilagodljivo proizvodnjo PMUT (DE 10 2023 111 777 A1). Ta patent omogoča stroškovno učinkovite prilagoditve, ki še posebej koristijo malim in srednje velikim podjetjem. Kakovost in vpliv raziskave dokazuje dejstvo, da so bili rezultati objavljeni v priznani študiji v reviji Nature, kar pomeni, da sta tako ZfM kot Fraunhofer ENAS uvrščena na svetovni zemljevid »PMUT Global Hotspots«.

Dr. Chris Stöckel, vodja raziskovalnega področja ZfM, je v svoji habilitacijski nalogi, ki jo je zagovarjal 4. februarja 2025, posvetil intenzivno pozornost tehnologiji PMUT. Ti novi mikrosistemi bodo aktivno vključeni v vsakdanje poučevanje in raziskovanje za podporo usposobljenosti strokovnjakov za tehnologije prihodnosti. Priložnosti, ki jih ponujajo PMUT, ne predstavljajo le tehnološkega napredka, temveč tudi pomembno promocijo interdisciplinarnega usposabljanja.

Če povzamemo, lahko rečemo, da ima razvoj na področju piezoelektričnih ultrazvočnih pretvornikov tehnološke univerze Chemnitz in Fraunhoferjevega inštituta za elektronske nanosisteme ENAS potencial, da omogoči pomemben napredek v najrazličnejših aplikacijah. Različne industrije bi lahko imele veliko koristi od te prelomne tehnologije.

Za dodatne informacije obiščite spletno stran Univerza za tehnologijo Chemnitz in Fraunhofer ENAS.