Projekt megnevezése: Vészhelyzetben és szélsőséges körülmények között alkalmazható környezetmonitorozó szenzorok
Támogató: Nemzeti Kutatási Fejlesztési és Innovációs Hivatal
Kedvezményezett: HUN-REN Energiatudományi Kutatóközpont
Projekt azonosító: TKP2021-NVA-03
Témavezető: Dr. Volk János
A projekt támogatásának összege: 297 431 062 Ft
Támogatásintenzitás: 100%
Futamidő: 2022.04.01-2025.09.30
A projekt céljai:
A projekt keretében olyan szenzorokat fejlesztünk, amelyek mindennapi biztonságunkat, nemzetgazdasági szempontból értékes infrastruktúráink védelmét, természeti és épített környezetünk megóvását szolgálják. Az eszközök vészhelyzetben, szélsőséges körülmények között is működőképesek, kis méretük és korlátozott energiafogyasztásuk révén távirányított járművekre (robot, drón) szerelve alkalmasak a veszélyforrás helyének felderítése, ill. hordozható kivitelben a kárelhárítás során személyi riasztóeszközént szolgálhatnak.
Célunk három, a környezetet monitorozó szenzorcsalád meghatározó elemeinek a kifejlesztése: i) a működéshez szükséges energiát a környezetből kinyerő, mechanikai rezgéseket mérő autonóm eszközök hálózata dedikált kommunikációs rendszerrel; ii) hordozható, gamma- és neutron sugárzásmérők; továbbá iii) katasztrófák során a leggyakrabban környezetbe kerülő gázok detektálására szolgáló miniatürizált infravörös abszorpciós elven működő és egyszerűbb szilárdtest gázérzékelők elemei, ill. az azokból épített műszerek. Ehhez a kutatóközpont hazai szinten unikális technológiai és analitikai infrastruktúráját és felhasználva új típusú funkcionális anyagok kutatásával, új mikro- és nanotechnológiai eljárások kidolgozásával, ill. honosításával érzékelő szerkezeteket állítunk elő és saját tervezésű elektronikába beágyazva laboratóriumi demonstrációs eszközökkel és prototípusokkal mutatjuk be működésüket. A K+F munkát nemzetközi szinten elismert anyagvizsgálati-analitikai munkacsoportunk támogatja.
A projekt stratégiai célja, hogy a hazai kutatási és KKV környezetnek leginkább megfelelő, specializált és igényesebb műszerek piacán hozzájáruljunk a hazai műszergyártó KKV szektor kiépítéséhez és a magasan kvalifikált szakemberek képzéséhez.
Eredmények az 1. mérföldkő végén (2024.04)
F1.1) Autonóm gépállapotfigyelő hálózat
- Továbbfejlesztettük és teszteltük az energiagyűjtővel ellátott VibrAn 1 rendszert. Felmértük az alkalmazott chipek és saját RF kommunikáció korlátait
F1.2) Frekvenciaszelektív piezo-MEMS gyorsulásmérő
- Kidolgoztuk a ScAlN porlasztási technológiáját a piezoelektromos MEMS szenzorok számára
- A funkcionális vékonyrétegek sorát ALD-vel leválasztott VO2-vel bővítettük
- Megterveztük és legyártottuk a frekvenciaszelektív méréshez szükséges piezo-MEMS és VO2 nanorés struktúrákat
F1.3) Poláros félvezető alapú rezgésérzékelő
- Új technológiát dolgoztunk ki az AlGaN/GaN regőnyelvek legyártására
F1.4) Ultrakisfogyasztású infrastruktúra monitorozó jeladó
- Specifikáltuk egy második, lényegesen kisebb méretű (35 mm átmérőjű korong), megterveztük a NYÁK-ot, beültettük a megrendelt alkatrészeket, elkészítettük a firmware-t és kiértékelő szoftvert és rázópadon teszteltük az eszközt
F2.1.1) 2 és 3 hullámhosszú NIR LED és Si izzószál
- Modelleztük és megterveztük az optikai érzékeléshez használatos 3, ill. 4 hullámhosszon sugárzó NIR LED szerkezetét, ill. gyártástechnológiáját és
- Előállítottuk ezeket a chipeket
F2.1.2-2.1.3) Mikroméretű abszorpciós csatorna és feladatspecifikus abszorpciós érzékelő
- Felmértük a piacon kapható alternatív eszközök paramétereit, melyet ki akarunk váltani saját fejlesztésű eszközzel
- Előkísérleteket végeztünk az eszköz szükséges elemeinek meghatározásához és a várható érzékenyéghez
- Megterveztük az eszköz ananalóg változatát, melyet saját és vásárolt elemekből megépítettünk, beleértve az elektronikát is
- Megterveztük és előállítottuk a miniatürizált digitális változat első próbadarabját
- A mérések alapján módosított, kicsinyített változatot építettünk
F2.2.1) Univerzális platform és eszközök kemorezisztív érzékelők fejlesztéséhez
- Megterveztük az alapchipet, mely 3 db érzékelőt tartalmaz
- A Si gyártósoron legyártottuk a chipek első sorozatát
- Megterveztük és előállítottuk az érzékelő réteg leválasztásához szükséges Si és műanyag tartó, ill. maszkoló chipeket
F2.2.2) Érzékelő szerkezet 2 gázra + elektronika
- Specifikáltuk a megvalósítani kívánt érzékelők paramétereit
F3.1) Mobil gamma sugárzásmérő
- Megterveztük a mobil gamma sugárzásmérőt
- A megrendelt alkatrészekből és Geiger-Müller számlálókból összeállítottuk az elektronikát
- Az elektronika felprogramozása megtörtént
- Kiértékelőszoftver megírása és
- Terepi tesztek megkezdődtek
F3.2.1) Megfelelő minőségű 10B4C és 10B neutron abszorbens rétegek előállítása, vizsgálata
- Kidolgoztuk a bór karbid anyagcsalád porlasztási technológiáját neutron abszorbens rétegek előállításának céljából.
- Meghatároztuk a rétegek szerkezetét, atomi összetételét, sűrűségét és vastagságát, azaz a detektor hatékony működését meghatározó, optimalizálandó paramétereket.
- Abszorpciós tesztméréseket végeztünk hidegneutron forrással.
F3.2.3) Dióda alapú detektor struktúrák fejlesztése
- Ionolumineszcencia teszteket végeztünk zafír (Al2O3) és kvarc (SiO2) mintákon a fényhozamok becslésének céljából.
- Javítottunk a zafír szcintillációs tulajdonságain és fényhozamának stabilitásán.
MCs4) Anyagtechnológiai vizsgálatok
- A projekt keretében több mint 50 keresztmetszeti TEM lamella vizsgálatát végeztük el a projekt első két évében.
- A projekt eddigi szakaszában két fejlesztés részesült jelentősebb támogatásban az Anyagtechnológiai vizsgálatok terén (Kémiai gázérzékelők fejlesztése, valamint a Frekvenciaszelektív piezo-MEMS gyorsulásmérők fejlesztése).
Demonstrációs fázisban van, illetve prototípusként már elkészült:
- Autonóm gépállapotfelügyelő hálózat
- Több hullámhosszon sugárzó NIR LED
- Univerzális kemorezisztív platform
- Mobil gamma sugárzásmérő
Sajtóközleményt adtunk ki az eddigi eredményekről