Forskere undersøger anvendelser af magnetiske sensorer i bilindustrien og den medicinske sektor

I sit Christian Doppler Laboratory, Dieter Süss og hans partnere fra praksisfeltet undersøger mulige anvendelser af magnetiske sensorer i automobil- og medicinsektoren. Süss' teknologi opnåede sine første succeser inden for ABS-systemer til køretøjer og inden for magnetisk resonansbilleddannelse.

Sensorer, der reagerer på ændringer i magnetisk modstand, har været brugt på harddiske i lang tid. Dieter Süss og hans team undersøger, hvordan denne teknologi kan implementeres på andre områder. Undersøgelserne udføres i Christian Doppler Laboratory Advanced Sensing and Materials, der er en del af Det Fysiske Fakultet ved Universitetet i Wien. I særdeleshed, holdet undersøger såkaldte GMR- og TMR-sensorer.

GMR-sensorer er baseret på opdagelsen af ​​gigantisk magnetoresistens (GMR), som Albert Fert og Peter Grünberg modtog Nobelprisen i fysik for i 2007. For at sige det enkelt, de to forskere opdagede, at ledningsevnen af ​​materialer afhænger, blandt andet, på magnetiseringsretningen. TMR sensorer, på den anden side, bruge det kvantemekaniske fænomen tunnelmagnetoresistens (TMR). TMR omfatter et system, hvor to magnetiske lag adskilles af et ikke-magnetisk lag. I CD-laboratoriet, Dieter Süss og to partnere fra praksisfeltet undersøgte den mulige anvendelse af GMR- og TMR-sensorer i nye sektorer.

Nye sensorer forbedrer ABS-systemer

I samarbejde med verdens førende halvlederproducent Infineon, holdet løste et velkendt problem i nye GMR-sensorer brugt i ABS-systemer i køretøjer:Når GMR-sensorerne er installeret i bestemte positioner, systemet bliver meget unøjagtigt med hensyn til det magnetiske kodningshjul. Dieter Süss siger, "Vi fandt ud af, at disse unøjagtigheder ikke er resultatet af unøjagtigheder i fremstillingsprocessen. Som et alternativ, vi udviklede en helt ny sensor - hvirvelføleren - der løser problemet og forenkler produktionen på samme tid. Vi patenterede sensorkonceptet, før vi udgav det Naturelektronik . "

For denne innovation, forskningsprojektet blev nomineret til Houska-prisen i 2019. Süss forklarer, at anvendelsen af ​​det nye sensordesign har vidtrækkende konsekvenser for bilproducenter:"Infineon har selv behov for omkring 180 millioner af disse sensorer om året for at kunne måle køretøjets hjuls omdrejningshastighed eller parametre såsom ratpositionen for ABS-systemer."

De første 3-D-printede permanente magneter

Forskergruppen opnåede endnu en bemærkelsesværdig succes i samarbejde med magnetproducenten Magnetfabrik Bonn:De var for første gang i stand til at producere permanente magneter ved hjælp af additiv fremstilling (3-D-print). Denne proces muliggør hurtig og omkostningseffektiv produktion af permanente magneter i komplekse former. De tredimensionelle objekter består af cirka 90 procent af magnetisk materiale og 10 procent af polymer. Hvis genstanden udsættes for et magnetfelt ved slutningen af ​​produktionsprocessen, den forvandles til en permanent magnet.

Det wienske forskerhold var de første til at bruge denne 3-D-teknologi. Dieter Süss forklarer:"Vores innovation tiltrak verdensomspændende opmærksomhed. Det var endda emnet for forsiden af ​​en udgave af The Economist i 2016." Det enkle, men præcis produktion af permanente magneter åbner op for en række nye anvendelsesområder, herunder i den medicinske sektor. I denne henseende Laboratoriet samarbejder med Vienna General Hospital (AKH) for at undersøge mulighederne for at forbedre magnetisk resonansbilleddannelse (MRI).

Erfaring møder fleksibilitet

Dieter Süss' forskning er baseret på en speciel software udviklet af hans team. Det bruges til at beskrive materialers magnetiske egenskaber. Førende harddiskproducenter bruger softwaren, for eksempel, til optimering og design af GMR-læsehoveder.

Med hensyn til de bemærkelsesværdige succeser med CD Laboratory Advanced Magnetic Sensing and Materials, Süss siger, "På den ene side, vi har stor erfaring med simulering af magnetiske materialer. På den anden side, samarbejdet med vores partnere i branchen giver os mulighed for at udføre anvendelsesorienteret forskning og implementere vores innovationer hurtigt. Uden fleksibilitet og hurtige beslutninger fra Christian Doppler Research Association og vores partnere i industrien, vi ville ikke have nogen chance for at konkurrere med succes på den internationale scene."