Stofzuigers zijn een essentieel onderdeel van de processen - zoals vriesdrogen - die worden gebruikt om talloze alledaagse voorwerpen te maken en te bewaren en moeten met precisie worden gemeten. Een EPFL-spin-off, Hexisense, brengt een op galliumnitride gebaseerde chip op de markt die de hoeveelheid van bepaalde gasmoleculen goedkoop en met ongeëvenaarde precisie kan meten.

Wat doet een spiegel, een kopje yoghurt, een elektrische auto-accu en een led-lamp gemeen hebben? Hun productieprocessen vereisen allemaal een vacuüm, d.w.z. een omgeving waarin gasmoleculen worden verwijderd. Gebruikelijk, wanneer de laatste druppel uit een fles is gegoten, de fles wordt als leeg beschouwd. fysiek, echter, het blijft vol gas. Wanneer een vacuüm vereist is, zuigpompen laten een variërende hoeveelheid gas achter, afhankelijk van het gebruikte proces. Een vacuüm wordt daarom beoordeeld aan de hand van de druk die wordt uitgeoefend door het aantal moleculen dat in de container achterblijft. Deze meting is cruciaal voor fabrikanten - en een EPFL-spin-off bereidt zich voor om een ​​kleine chip op de markt te brengen die hun leven gemakkelijker kan maken.

Een ideaal hulpmiddel voor vriesdrogen

Laten we als voorbeeld vriesdrogen nemen. Dit is een techniek voor het conserveren van voedsel dat zijn kleur en textuur en de meeste voedingskwaliteiten en smaak behoudt. Het wordt vaak gebruikt bij het onderzoeken en produceren van voedsel en medicijnen, en is zeer energie-intensief en tijdrovend. Items worden gedroogd in een vacuüm, en het grootste struikelblok is dat er geen goedkope manier is om het exacte moment te bepalen waarop het proces kan worden gestopt. Dit betekent dat de machine meer werk doet dan nodig is. De sensor die is ontwikkeld door EPFL's Laboratory of Advanced Semiconductors for Photonics and Electronics zou dit nadeel kunnen verhelpen door de resterende hoeveelheid waterdamp in realtime aan te geven.

Vacuümsystemen bevatten verschillende restgassen:stikstof, zuurstof, argon, waterstof, waterdamp enz. Om ze te meten, fabrikanten hebben momenteel twee opties. De goedkope omvat verschillende methoden om de totale druk van al die gassen te meten op basis van parameters zoals vervorming, verplaatsing en warmte. De andere, massaspectrometrie, maakt onderscheid tussen de gassen, maar kan niet in alle systemen worden gebruikt omdat de apparatuur duur is. De kleine 0,4 cm ² chip ontwikkeld en binnenkort op de markt gebracht door de EPFL spin-off heeft als doel een betaalbare manier te bieden om individuele gassen in alle vacuümsystemen te meten.

Licht gebruiken om gasmoleculen los te maken

De minisensor maakt gebruik van twee fysieke kenmerken van zijn hoofdcomponent, galliumnitride:zijn reactiviteit op licht en zijn status als halfgeleider. In een vacuümvat, wanneer gasmoleculen minder talrijk worden, ze bewegen naar de muren en blijven daar plakken. Galliumnitride, bij blootstelling aan een lichtbron, stoot bepaalde gasmoleculen af, zoals zuurstof. Er wordt dus een LED op de chip geplaatst, die moleculen losmaakt van de muren. Zodra het licht uitgaat, Dankzij de halfgeleidereigenschappen van galliumnitride kan de chip meten hoe snel gasmoleculen terugkeren naar de wanden. Specifieke algoritmen analyseren vervolgens het aantal moleculen op het oppervlak samen met de partiële druk van elk gas. Deze kleine chips hebben een uitstekende efficiëntie:bijvoorbeeld ze kunnen zuurstof in stikstof detecteren in een concentratie van minder dan 0,5%.

Een universele chip die hitte- en schokbestendig is

Deze universele chips zijn hittebestendig tot 250°C en bevatten geen micro-elektromechanische systemen, wat betekent dat ze bestand zijn tegen mechanische trillingen en schokken. In aanvulling, in tegenstelling tot op lage druk ionisatie gebaseerde vacuümmeters, deze sensoren produceren geen geïoniseerde deeltjes of magnetische velden die bepaalde technische apparatuur kunnen aantasten. Door deze voordelen zijn de chips van de nieuwe generatie zeer veelzijdig, het leven van hun gebruikers gemakkelijker maken, omdat ze alleen de chips in hun druksystemen hoeven te plaatsen om de gegevens te krijgen die ze nodig hebben.

Productie aan de gang

De twee uitvinders, Ian Rousseau en Pirouz Sohi, ondersteund door verschillende startup-programma's zoals Bridge - de gezamenlijke accelerator opgezet door de Swiss National Science Foundation en Innosuisse - EPFL Innogrant, Kick inschakelen en wagen, beginnen nu deze chips te produceren. Hexisense, het resulterende spin-off bedrijf, heeft tot doel de sensoren commercieel te ontwikkelen en te produceren, van ontwerp tot karakterisering, productie en verpakking.