Sign In

Eurooppalainen konsortio kehitti komponentteja keski-infrapunaspektroskopiaan perustuvia pienoiskaasuantureita varten

21.1.2019

EU:n Horizon 2020-ohjelmaan kuuluvassa MIREGAS-hankkeessa Teknologian  tutkimuskeskus VTT Oy ja Tampereen teknillisen yliopiston tutkimustiimit kehittivät yhdessä eurooppalaisten kumppaniensa kanssa uusia komponentteja miniaturisoituja kaasuantureita varten hyödyntäen työssään keski-infrapuna-absorptiospektroskopian periaatetta. Merkittävimpiä edistysaskelia saavutettiin erityisesti seuraavien tekniikoiden kehittämisessä: uusi superluminesent-LED-teknologia 2.65 mikrometrin infrapuna-aallonpituudelle, keski-infrapuna-alueella toimivat integroidut optiset piirit (PIC-piirit) 1 nanometrin resoluutiolla spektrisuodattamia varten, säteenmuodostuksessa käytettävät kuumapakotetut linssit sekä valonilmaisimet 2–3 mikrometrin aallonpituuksille. Alun perin optista tiedonsiirtoa varten kehitetty piifotoninen PIC-teknologia mahdollistaa anturien pienentämisen. Kehitetyt komponentit alentavat merkittävästi valmistuksen hintaa ja tuotantokustannuksia sekä parantavat luotettavuutta.

Kehitetyn teknologian odotetaan vaikuttavan markkinoihin mullistavasti, sillä nykyisin markkinoilla olevat laitteet ovat yleensä monimutkaisia, kalliita ja raskaita. Konsortion kehittämät komponentit mahdollistavat integroitujen antureiden valmistamisen, mikä alentaa merkittävästi hintaa ja tuotantokustannuksia sekä parantaa luotettavuutta. Tämä edistää huomattavasti merkittävän markkinaosuuden saavuttamista kaasunmittaussovellusten alalla.

Infrapunaspektroskopia on tärkeä työkalu monikaasuanalyysissa. Perinteiset anturit perustuvat erilaisten suodattimien, spektrometrien ja säädettävien lasereiden käyttöön. MIREGAS-hanke on esitellyt mullistavia komponentteja, joiden avulla monikaasuanalyysi onnistuu integroidun ratkaisun avulla. Lisäksi uudella teknologialla näytteestä mitattavat valon aallonpituudet pystytään määrittämään aikaisempaa tarkemmin ja näin sulkemaan pois mittausta häiritsevät mitattavan kaasuseoksen koostumusta lähellä olevat muut kaasut.

EU:n Horizon 2020-ohjelmaan kuuluva MIREGAS-konsortio on tuonut yhteen johtavia eurooppalaisia tutkimuslaitoksia ja monikansallisia yrityksiä. Teknologian osalta ohjelman koordinaattorina toimi Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy, joka toi hankkeeseen myös Si PIC-piirit sekä fotoniikan paketointi- ja integrointitekniikat. Tampereen teknillisen yliopiston Optoelektroniikan tutkimuskeskuksen vastuulle kuului innovatiivisen superluminesent-LED-teknologian kehittäminen. Massatuotannolliset infrapunalinssit kehitti ITME (Puola) ja infrapunasensorit VIGO (Puola). Teolliset partnerit eli Vaisala (Suomi), AirOptic (Puola) ja GasSecure (Norja) toivat projektiin osaamista kaasumittauksista ja infrapunasensorien valmistuksesta arvioiden samalla konsortion kehittämien teknologioiden toimivuutta ja soveltuvuutta.

"Hanke mahdollistaa kaasutunnistusteknologiamme laajentamisen kokonaan uusille markkina-alueille. MIREGAS-teknologia luo ainutlaatuisen yhdistelmän tarkkuutta ja valikoivuutta kilpailukykyisin kustannuksin, mikä täydentää nykyistä korkeatasoista laserpohjaista mittausteknologiatarjontaamme. Airoptic suunnittelee tuovansa markkinoille ensimmäisen hiilivedyn tunnistamiseen tarkoitetun tuotteensa, joka pohjautuu MIREGAS-hankkeessa kehitettyyn teknologiaan, vuoden 2019 kuluessa", kertoo AirOpticin toimitusjohtaja Pawel Kluczynski.  

"Ottaen huomioon MIREGAS-hankkeessa kehitettyjen laitteiden suuren markkinapotentiaalin VIGO System SA on aloittanut uuden kehittymissuunnitelma toteuttamisen. Siihen kuuluu mm. sijoituksia teknisen ja tuotantokapasiteetin kasvattamiseen, mikä mahdollistaa tulevaisuudessa SLED-valonlähteisiin perustuvien anturien suuren mittakaavan tuotannon. Suunnitelman tärkeimpiä toimia ovat tehokkaan epitaksisen tuotantolaitteiston osto, kokoonpanokapasiteetin lisääminen sekä epitaksisiin materiaaleihin erikoistuneiden asiantuntijoiden palkkaaminen infrapunavalonlähteiden tuotantoon", totesi myyntipäällikkö Przemysław Kalinowski VIGO:sta.

"Tässä hankkeessa ITME pystyi luomaan teknologioita edullisen infrapunaoptiikan kehittämistä varten muovattavan optiikan avulla. Olemme kehittäneet useita uusia lasiseoksia, jotka päästävät läpi valoa näkyvästä valosta aina keski-infrapuna-alueelle asti. Kehittämämme muovaustekniikan avulla pystymme tekemään vapaamuotoisia optisia komponentteja, joiden pinnan optinen laatu riittää keskialueen infrapunavalolle ilman lisäkiillotusta. Sen avulla pystymme paitsi alentamaan tuotantokustannuksiamme, myös kehittämään linssejä ympäristöystävällisellä tavalla, kun lasijätteen määrä vähenee merkittävästi. Myös runsaasti vettä ja kiillotusjauheita vaativat hionta- ja kiillotusvaiheet jäävät kokonaan pois. Löysimme myös muottien valmistukseen edullisia uusia materiaaleja, joita voi työstää tavallisilla CNC-koneilla. Näin käyttämämme teknologian ansiosta myös prototypoinnista ja piensarjojen valmistuksesta tulee kustannustehokasta. Tämä läpimurto tuo räätälöidyn vapaamuotoisen lasioptiikan myös pk-yritysten ulottuville", toteaa professori Ryszard Buczynski, joka johtaa ITME:n lasinvalmistusosastoa. "Parhaillaan selvittelemme teknologiamme markkinapotentiaalia ja tarjoamme kyseisen teknologian käyttöä palveluna asiakkaillemme ITME:n kautta. Kun markkinapotentiaali on saatu vahvistettua, suunnitelmissamme on teknologian siirto joihinkin olemassa oleviin yrityksiin tai oman spin-off -yrityksen perustaminen. Eräät riskirahastot ja maailmanlaajuisesti tunnetut yritykset ovat jo ilmaisseet mielenkiintonsa innovaatioitamme kohtaan."

"Hankkeen alkaessa korkeaan kirkkaustasoon ja laajakaistaisuuteen pyrkivää keski-IR-SLED-teknologiaa ei vielä yksinkertaisesti ollut olemassa. MIREGAS mahdollisti tärkeän tieteellisen läpimurron tekemisen; hankkeen tulokset ovat itse asiassa alan huippua sekä virrankäytön että teknologian kattamien aallonpituuksien suhteen. Ehkä kaikkein tärkeintä hankkeessa oli kuitenkin se, että se edesauttoi uuden eurooppalaisen yhteiseen asiantuntemukseen perustuvan ekosysteemin luomisessa infrapunaoptoelektroniikan ja piifotoniikan alalla. Olemme vasta pääsemässä liikkeelle sen suhteen mihin kaikkeen tämä tehokas teknologioiden yhdistelmä on sovellettavissa", lisää professori Mircea Guina, tiiminjohtaja Tampereen yliopiston Optoelektroniikan tutkimuskeskuksesta.

"VTT:n SOI-piikiekkoihin (silicon-on-insulator, SOI) perustuvalla teknologialla on kaksi ainutlaatuista piirrettä. Ensinnäkin optiseen tiedonsiirtoon yleisesti käytetyn 1550 nanometrin aaltoalueen lisäksi se soveltuu myös keski-infrapuna-alueen aallonpituuksille. Toiseksi teknologia mahdollistaa erilaisten aktiivisten laitteiden, kuten laserdiodien ja valonilmaisimien, integroimisen suoraan kiekoille. Näin ollen SOI PIC -teknologian käyttö on yleisesti ottaen erityisen houkuttelevaa kaasunmittauksen ja anturien integroinnin kannalta. MIREGAS-hankkeessa pystyimme viemään kyseisen teknologian käytön kokonaan uudelle tasolle yhdessä sitä hyödyntävien tahojen kanssa", kertoi hankkeen koordinaattorina toiminut Pentti Karioja VTT:ltä.

 

www.H2020-MIREGAS.eu