Dammsugare är en viktig del av processerna-till exempel frystorkning-som används för att tillverka och bevara otaliga vardagsföremål och måste mätas med precision. En EPFL-spin-off, Hexisense, marknadsför ett galliumnitridbaserat chip som kan mäta mängden av vissa gasmolekyler billigt och med oöverträffad precision.

Vad gör en spegel, en kopp yoghurt, ett elbilsbatteri och en LED -lampa gemensamt? Alla deras produktionsprocesser kräver ett vakuum, dvs en miljö där gasmolekyler avlägsnas. Vanligtvis, när den sista droppen har hällts från en flaska, flaskan anses vara tom. Fysiskt, dock, den förblir full av gas. När ett vakuum krävs, sugpumpar lämnar en varierande mängd gas beroende på vilken process som används. Ett vakuum bedöms därför utifrån det tryck som utövas av antalet molekyler som finns kvar i behållaren. Denna mätning är avgörande för tillverkarna-och en EPFL-spin-off förbereder sig för att marknadsföra ett litet chip som kan göra deras liv enklare.

Ett idealiskt verktyg för frystorkning

Låt oss ta frystorkning som ett exempel. Detta är en teknik för att bevara mat som behåller sin färg och konsistens och de flesta av dess näringskvaliteter och smak. Det används ofta vid forskning och produktion av mat och läkemedel, och är mycket energikrävande och tidskrävande. Objekt torkas i vakuum, och det främsta stötesten är att det inte finns något billigt sätt att bestämma det exakta ögonblicket då processen kan stoppas. Det betyder att maskinen gör mer arbete än vad som är nödvändigt. Sensorn som utvecklats av EPFL:s laboratorium för avancerade halvledare för fotonik och elektronik kan övervinna denna nackdel genom att ange den återstående mängden vattenånga i realtid.

Vakuumsystem innehåller olika restgaser:kväve, syre, argon, väte, vattenånga etc. För att mäta dem, tillverkare har för närvarande två alternativ. Den billiga innebär olika metoder för att mäta det totala trycket för alla dessa gaser på grundval av parametrar som deformation, förskjutning och värme. Den andra, masspektrometri, skiljer mellan gaserna, men kan inte användas i alla system eftersom utrustningen är dyr. Den lilla 0,4 cm ² chip utvecklat och snart kommer att marknadsföras av EPFL spin-off syftar till att erbjuda ett prisvärt sätt att mäta enskilda gaser i alla vakuumsystem.

Använda ljus för att lossa gasmolekyler

Minisensorn utnyttjar två fysiska egenskaper hos dess huvudkomponent, galliumnitrid:dess reaktivitet mot ljus och dess status som halvledare. I ett vakuumkärl, när gasmolekyler blir färre, de rör sig mot väggarna och fastnar där. Galliumnitrid, när den utsätts för en ljuskälla, stöter bort vissa gasmolekyler, som syre. Så en LED är placerad på chipet, som avlägsnar molekyler från väggarna. När ljuset slocknar, galliumnitridens halvledaregenskaper gör att chipet kan mäta hur snabbt gasmolekyler återvänder till väggarna. Specifika algoritmer analyserar sedan antalet molekyler på ytan tillsammans med partialtrycket för varje gas. Dessa små chips har utmärkt effektivitet:till exempel de kan detektera syre i kväve i en koncentration av mindre än 0,5%.

Ett universalchip som är värme- och stöttåligt

Dessa universalchips är värmebeständiga upp till 250 ° C och innehåller inga mikroelektromekaniska system, vilket innebär att de tål mekaniska vibrationer och stötar. Dessutom, till skillnad från lågtrycksjoniseringsbaserade vakuummätare, dessa sensorer producerar inte joniserade partiklar eller magnetfält som kan påverka viss teknisk utrustning. Dessa fördelar innebär att den nya generationens chips är mycket mångsidig, göra livet enklare för sina användare eftersom allt de behöver göra är att placera chipsen i sina trycksystem för att få den data de behöver.

Produktionen pågår

De två uppfinnarna, Ian Rousseau och Pirouz Sohi, stöds av olika startprogram som Bridge - den gemensamma acceleratorn som inrättats av Swiss National Science Foundation och Innosuisse - EPFL Innogrant, Aktivera och våga sparka, börjar nu producera dessa marker. Hexisense, det resulterande avknoppningsföretaget, syftar till kommersiellt att utveckla och producera sensorerna, från design till karaktärisering, produktion och förpackning.