Revolutionerande ultraljudsteknik: Chemnitz-forskare sätter nya standarder!

Revolutionerande ultraljudsteknik: Chemnitz-forskare sätter nya standarder!

Forskare vid Center for Micro- and Nanotechnologies (ZfM) vid Chemnitz University of Technology arbetar på en banbrytande teknologiplattform för piezoelektriska mikromekaniska ultraljudsgivare, mer kända som PMUT. I nära samarbete med Fraunhofer Institute for Electronic Nanosystems ENAS har de utvecklat en innovativ lösning som syftar till att avsevärt utöka tillämpningsområdena för ultraljudsteknologier. PMUT:er är särskilt mångsidiga och lämpar sig för icke-invasiv ultraljudsavbildning, optoakustik inom medicinteknik och materialanalys i lättviktskonstruktion.

Dessa toppmoderna omvandlare tillverkas med hjälp av specialiserad mikro- och nanoteknik. Särskilt anmärkningsvärt är struktureringen av kiselmikromembran, som är försedda med piezoelektriska tunna skikt gjorda av aluminiumnitrid och aluminiumskandiumnitrid. Denna teknik främjar hållbar och resurseffektiv produktion, vilket blir allt viktigare idag.

Tekniska fördelar och användningsområden

PMUT kännetecknas av sina små dimensioner och höga integrationsförmåga, vilket gör dem överlägsna konventionella bulkkonverterare. De kräver också endast låga elektriska spänningar för excitation, vilket gör dem mångsidiga i sin tillämpning. De akustiska signalerna som PMUT avger möjliggör exakt kartläggning av miljön, vilket är särskilt viktigt inom områdena medicinsk teknik och endoskopiska in-vivo-applikationer samt i ultraljudsradarsystem. Den låga strömförbrukningen och möjligheten att integrera dem i befintliga MICROS processlinjer gör PMUT till en attraktiv teknik för små och medelstora företag.

En nyckelfunktion hos PMUT är hur de fungerar: elektrisk spänning formar givarens strukturer och skapar en svängning som i sin tur avger en akustisk signal. Denna signal reflekteras av strukturen som undersöks och returneras till PMUT, där den skapar ytterligare en oscillation, vilket genererar en sensorsignal.

Innovation och forskning

Ett betydande framsteg inom forskningen uppnåddes när ett patent för adaptiv tillverkning av PMUT (DE 10 2023 111 777 A1) publicerades 2024. Detta patent möjliggör kostnadseffektiva anpassningar som särskilt gynnar små och medelstora företag. Forskningens kvalitet och genomslagskraft visas av det faktum att resultaten publicerades i en känd studie i tidskriften Nature, vilket innebär att både ZfM och Fraunhofer ENAS är listade på världskartan "PMUT Global Hotspots".

Dr Chris Stöckel, ZfM:s forskningsfältschef, ägnade intensiv uppmärksamhet åt PMUT-teknik i sin habiliteringsavhandling, som han försvarade den 4 februari 2025. Dessa nya mikrosystem kommer att aktivt integreras i vardagsundervisning och forskning för att stödja kvalificeringen av specialister för framtidens teknologier. De möjligheter som PMUT erbjuder representerar inte bara tekniska framsteg, utan också ett betydande främjande av tvärvetenskaplig utbildning.

Sammanfattningsvis kan man säga att utvecklingen inom området för piezoelektriska ultraljudsomvandlare av Chemnitz University of Technology och Fraunhofer Institute for Electronic Nanosystems ENAS har potential att möjliggöra betydande framsteg inom en mängd olika tillämpningar. En mängd olika industrier skulle kunna dra stor nytta av denna banbrytande teknik.

För ytterligare information besök webbplatsen för Chemnitz tekniska universitet och Fraunhofer ENAS.