Detektion von Flüssigkeiten
Bleifreie Piezokeramiken für medizinische Ultraschallsensoren
Eine neue bleifreie Piezokeramik auf Basis von Bismut-Natrium-Titanat-Barium-Titanat (BNT-BT) bietet eine ähnliche Leistung wie bisherige, bleihaltige PZT-Materialien. Der von Ceramtec entwickelte Medizinwerkstoff ist eine gute Alternative für Hochleistungsultraschall- und Blasenerkennungssysteme.
Piezokeramiken sind das Herzstück vieler medizinischer Anwendungen, darunter Sensoren und Wandler, chirurgische Instrumente sowie Ultraschalltherapiegeräte und Bildgebungssysteme. In all diesen Anwendungen haben Piezokeramiken die Aufgabe, mechanische Anregung wie Druck oder Beschleunigung, in elektrische Größen umzuwandeln – oder umgekehrt. Anschließend wandeln sie die elektrischen Signale in mechanische Bewegung oder Vibration um.
Bisher konnten Piezokeramiken dies nur aufgrund Blei-basierter Materialien gewährleisten. CeramTec hat nun eine bleifreie Alternative für eine Vielzahl spezifischer medizinischer piezokeramischer Anwendungen entwickelt.
Nach intensiver Entwicklungsarbeit hat CeramTec ein alternatives piezokeramisches Material mit hoher Leistung entwickelt: BNT-BT. Dieses Material hat einige entscheidende Umweltvorteile: eine deutlich geringere Toxizität sowie eine geringere Auswirkung auf die menschliche Gesundheit und die Umwelt im Vergleich zu PZT und anderen bleifreien Alternativen wie Kalium-Natrium-Niobat (KNN).
Bleifrei: Nachhaltige Materialleistung
Die Leistung von BNT-BT wurde für zwei wichtige medizinische Ultraschallgeräte getestet und bewertet: Ultraschall-Blasenerkennungssysteme und typische Hochleistungsultraschallwandler, die in chirurgischen Geräten sowie in Diagnosegeräten eingesetzt werden. In Blasenerkennungssystemen war die akustische Signalleistung eines Flüssigkeitssensors mit einer Resonanzfrequenz von 2 MHz zwischen bleihaltigem PZT und bleifreier Piezokeramik vergleichbar. Frühere Materialien wiesen noch eine deutlich geringere Empfindlichkeit und Leistungsunterschiede auf, die die Funktionalität beeinträchtigen konnten.
Mit einem Standard-40-kHz-Langevin-Wandler hat Ceramtec gezeigt, dass BNT-BT in Hochleistungsultraschallwandlern eine höhere Ausgangsleistung liefert, während bei äquivalenten Betriebsbedingungen niedrigere Temperaturen erreicht werden. Dies hat große potenzielle Vorteile in realen Anwendungen. Medizintechnik-OEMs und -Zulieferer haben nun eine weitere Option für ihre individuellen Anwendungen und Anforderungen und den Übergang zu bleifreien Lösungen. (uh)
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