Neuartige Elektrokeramikbauelemente im Miniaturformat
Elektrokeramische Werkstoffe sind Keramiken, die auf verschiedenste Arten auf elektrische Felder reagieren, was sie zu sehr wichtigen Bestandteilen elektromechanischer, elektrochemischer, elektromagnetischer und elektrooptischer Bauelemente macht. Die Elektronikindustrie versucht, immer kleinere Komponenten mit größerer Flexibilität und Leistungsfähigkeit - und das bei minimalen negativen Auswirkungen auf die Umwelt - zu entwickeln. Ein europäisches Konsortium mit vielfältigen und modernen Kenntnissen und Erfahrungen auf dem Gebiet der Elektrokeramik brachte das Minuet-Projekt ("Miniaturised Ultrasonic, Engineered-Structure and LTCC-Based Devices for Acoustics, Fluidies, Optics and Robotics") an den Start, um auf dem Gebiet der Elektrokeramik, insbesondere in Bezug auf miniaturisierte umweltfreundliche Werkstoffe und Komponenten, voranzukommen. Die Forscher konzentrierten sich speziell auf piezoelektrische Einkristallmaterialien und die Entwicklung neuartiger piezoelektrischer Keramiken und piezoelektrischer Dickschichten. Piezoelektrische Bauelemente erfassen eine Änderung im Druck oder in der Kraft und wandeln diese in ein elektrisches Signal um und verändern im umgekehrten Fall die Größe in Reaktion auf den elektrischen Strom. Sie sind für die Erfassung, Überwachung und Steuerung von Fluidströmungen wichtig, wo Veränderungen der Viskosität und anderer Parameter zu Veränderungen der Fluiddrücke führen. Die Forscher setzten moderne Modellierungsverfahren für Dehnungsmessungen bei Bulk-Keramiken und Einkristallen ein, wobei sie neue bleihaltige Zusammensetzungen mit erhöhter Dielektrizitätskonstante (bei prinzipiell niedrigem Widerstand) sowie neue bleifreie Piezokeramiken auf Grundlage der Kaliumnatriumniobat-Familie (KNN) entwickelten. Diese Materialien ermöglichten die Entwicklung etlicher Bauelemente: eines Mikrodosierkopfs zum Tintenstrahldrucken, eines Ölzustandssensors, eines Einweg-Blutflusswandlers zum intraoperativen Einsatz und eines Wandlers zum Nachweis von Luftembolie, von zwei Wandlern für die Ultraschall-Bildgebung und eines neuartigen Ultraschallwandlers zur zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) auf Basis piezoelektrischer Dickschichten. Insgesamt stellte das hochproduktive Minuet-Projekt neue elektrokeramische Werkstoffe und Prozesstechnik bereit, woraus die Produktion zahlreicher elektrokeramischer Bauelemente auf Basis umweltfreundlicherer Materialien resultierte. Eine Kommerzialisierung der Ergebnisse sollte wichtige positive Auswirkungen auf die europäische Elektronikindustrie, die medizinische Versorgung und die Umwelt haben, um nur einige Bereiche zu nennen.
