Micro Tunable Infrared Spektrometer

I prosjektet MicroTUNIS samarbeider 4 norske bedrifter med SINTEF om å lage neste generasjon miniatyriserte spektrometre. Disse skal baseres på et justerbart optisk nanofilter som produseres i mikro- og nanoteknologilaboratoriet til SINTEF (MiNaLab). Filteret kan programmeres til bruk i ulike anvendelser. Tomra skal lage nye systemer for resirkulering, Prediktor til fôr og næringsmiddelindustrien, mens Nyborg lager ventilasjonsanlegg for skip som kan startes når det trengs. Firmaet Firmware Design står for elektronikken som styrer filteret. I løpet av 2014 og 2015 ble første versjon av optiske filtre og elektronikk designet og fremstilt. Styring av filteret sammen med måling av posisjon med integrerte kapasitive posisjonssensorer ble demonstrert. Dette gjør det mulig å justere bølgelengden på lyset som filteret skal transmittere nøyaktig og uten hysteresen som piezoelektriske aktuatorer vanligvis gir. Det ble laget en demonstrator for måling på plast som ble vist på Cutting Edge festivalen i Forskningsparken i oktober 2015. Med denne kan man sette inn en plastflaske og systemet forteller hvilket materiale flaska består av. Det er også demonstrert måling på gass, der et spektrometer kan gjenkjenne ulike hydrokarboner (metan, butan, etc.). Andre versjon av de optiske filtrene ble designet og framstilt i løpet av 2016 og første halvdel av 2017. Denne generasjonen av filtre har et tynt lag alumina deponert ved hjelp av atomic layer deposition (ALD) som beskytter sensitive deler av filteret mot fuktinntrengning og øker levetiden dramatisk. Filtrene har også fått forbedret speil og antirefleksfilmer. Filtrene har blitt testet hos bedriftene med ny kontrollalgortime hvor filtergapet og dermed bølgelengden stabiliseres med nanometer nøyaktighet lokalt på kontrollerkortet. Kortet bruker standard protokoll for kommunikasjon og gjør at spektrometrene kan styres uten behov for dyr elektronikk og kompliserte styringsalgoritmer. Mikrospektrometeret åpner nye muligheter for bedriftene i prosjektet og har i tillegg bidratt til etablering av et selskap som bruker teknologien til gassdeteksjon. For Tomra vil mikrospektrometeret kunne gi muligheter for å sortere flere typer materialer enn tidligere og med et enklere målesystem enn hva som er mulig med eksisterende løsninger. For Prediktor vil spektrometret kunne erstatte eksisterende spektrometerløsninger som er mer enn ti ganger dyrere. For Nyborg er teknologien planlagt benyttet til å lage systemer som kontrollerer luftkvalitet i tuneller og innen maritim sektor. Selve sensoren til Nyborg sine systemer vil utvikles av Tunable Infrared Technologies, et nystartet selskap som benytter teknologien utviklet i dette prosjektet til å lage en liten sensor som kan måle flere gasser simultant.

Målet med prosjektet MicroTUNIS er å utvikle et avstembart filter for spektroskopi basert på ny PiezoMEMS nano-teknologi som skal utvikles ved SINTEF. Filteret vil være elektronisk avstembart, og skal kunne skannes over et bredt bølgelengdeområde med sub- millisekund responstid. Det skal monteres sammen med detektor og styringselektronikk til et ultrakompakt system som vil være generisk, og skal kunne programmeres til å måle konsentrasjon og sammensetning av ulike blandinger av gasser, væsker eller faste s toffer. I prosjektet skal det forskes på å deponere nano-materialet PZT (lead-zirconate-titanate) ved hjelp av to teknikker. Chemical-solution-deposition (CSD) er en metode utviklet ved SINTEF som skal videreutvikles i prosjektet for å oppnå bedre mater ialegenskaper. I tillegg skal det forskes på en helt ny metode, pulsed-laser-deposition (PLD), der SINTEF har investert i verdens første anlegg for deponering på hele skiver. Et viktig materiale som skal utprøves for første gang er LNO (lantan-nikkel-oksi d) som skal integreres i aktuatorstrukturen for å øke levetiden. Passivering av strukturene for å hindre at fukt forringer egenskapene er et annet viktig tema. Her skal det forskes på bruk av ALD (atomic-layer-deposition) av ulike materialer i et nytt anl egg tilgjengelig gjennom NORFAB-samarbeidet. Prosesser for heterogen integrasjon skal utvikles for fremstilling av det avstembare filteret med høy kvalitet og yield. Filteret skal testes i systemer som bidrar til redusert miljø- og klimapåvirkning. Tomra skal bruke filteret i nye typer systemer for resirkulering. Prediktor skal lage systemer for mer effektiv ressursutnyttelse i fôr og næringsmiddelindustrien. Nyborg skal bruke filteret i gass-sensorer for behovsstyrt ventilasjon på skip for økt HMS og la vere drivstoff-forbruk, og dermed reduksjon i utslipp av klimagasser. Verdiskapingspotensialet er stort, og bedriftene har konkrete planer for realisering i etterkant av prosjektet.