Grafen i strålmätning (avslutat)

Test set up Graphene PCB in application (foto: ScandiDos

ScandiDos: Grafen i strålmätning

Foto: ScandiDos

Test set up Graphene PCB in application (foto: ScandiDos

ScandiDos: Grafen i strålmätning

Foto: ScandiDos

Syfte och mål
Projektet har syftat till att lösa problemet med sekundärstrålning som uppkommer då strålar träffar tungmetaller som finns i ledarbanor och bärarmaterial hos strålningssensorer. Ett sätt att reducera sekundärstrålningen kan vara att ersätta koppar med grafen i ledarbanor på kretskorten. Grafen har en möjlighet att lösa problemet genom sin för organiska material relativt höga ledningsförmåga.

 

Förväntade effekter och resultat
Användningen som åsyftas är i strålningsdetektorer som ingår i kvalitetssäkringssystem för radioterapi som utvecklas och marknadsförs av ScandiDos AB. I en sådan är arrayer av sensordioder monterade på ett antal ortogonalt orienterade kretskort ingjutna i en plastkropp som svarar mot fotonstrålar på ett liknande sätt som kroppsvävnad. Diodarrayen är så tät som möjligt för bästa möjliga upplösning och är dessutom ganska stor, cirka 20×20 cm, varför ledningsdragningen kräver tätt packade smala ledarbanor i en flerlagers kretskortsstruktur. Detta gör också att mängden kopparledare är ganska hög i närheten av dioderna.

Att kunna minska mätfel från sekundärstrålning inducerad av koppar i ledarbanor och andra tungmetaller i monterings- och bondningsmaterial är önskvärt. Nya behandlingsmetoder för strålterapi såsom Head&Neck, SRS med flera, använder strålbehandling i alla riktningar. Påverkan på grund av exciterade sekundärelektroner i närliggande material ger olika störande felbidrag beroende på infallsvinkel, vilket ger felaktig total dosmätning. Grafen i kombination med monteringsmaterial med låg massa kan användas för att minska dosfelet i behandlingsområden, och ersätta äldre analog teknik med digitaliserad mätning i realtid, där äldre teknik fortfarande används på grund av riktningsberoendet.

 

Planerat upplägg och genomförande
ScandiDos AB genomför projektet i samarbete med Acreo Swedish ICT AB. Inledningvis utvecklas teststrukturer i vilken grafenytor appliceras nära sensordioderna i en mindre sensorarray. Effekterna på sensordiodernas respons av grafenmaterialets i närvaro utreds. Teststrukturer för tryckta ledarbanor med en ledarbredd och ledaravstånd utvecklas för att utvärdera möjliga designregler med lovande grafenkompositioner. I ovanstående teststrukturer ingår strukturer för att utvärdera strålningsnedbrytning av grafenbaserade material. Möjligheter att minska tungmetaller i material för bondning och ytmontering med hjälp av grafen undersöks.


Effekter och resultat
Projektet har utvärderat ett grafenbaserat bläck, som ersätter koppar på PCB av flex-typ, för dosimetrisk mätning av stråldos vid behandling av cancertumörer med fotonstrålning.

Det tryckta grafenmaterialet testades för viktiga egenskaper såsom minimering av inducerad sekundärstrålning, strålningshärdighet, ledningsförmåga samt möjlighet att kontaktera grafen och sensorer via Anisotropic Conductive Adhesive (ACA).

De sammanfattade resultaten visar att grafen kan användas som ledare i strålningsmätning. Som förväntat innebär grafenets låga atomvikt mycket lite interaktion med fotonstrålning, och ger därmed försumbar sekundärstrålning. Vid snabba förlopp, och om långa ledarbanor i grafen används, måste hänsyn tas i mätmetoden till grafenets jämförelsevis låga ledningsförmåga, för att undvika mätfel. Grafenet är tillräckligt strålningshärdigt för applikationen och uppvisar något överraskande en ökande konduktivitet vid hög bestrålning, troligtvis genom förändring av bindningsmaterialet i grafenbläcket.

Kontakten fungerade bra mellan koppar och grafen i övergångar mellan ledare. Grafen kan i nuläget ersätta koppar som korta ledare närmast sensorerna. Projektet bedömer experimentet med användningen av grafen som nytt material i en skarp applikation som lyckat. Mätresultat har visat potentialen och nödvändiga förbättringsområden har identifierats. Framförallt vore ett grafenbaserat ACA värdefullt.

Sammantaget finns en potential att, med avsedd användning av grafen i applikationen, öka prestandafördelarna gentemot traditionella ledarmaterial, om tryckprecisionen och kontaktering kan förbättras. I applikationer för behandling av ”Head and Neck”, där riktningsoberoende mätning av strålning är nödvändig, kan detta ge klara marknadsfördelar.

Utlysning:
Förstudieprojekt samt Forsknings- och Innovationsprojekt 2015

Projektpartners: ScandiDos AB, Acreo Swedish ICT AB

Projektledare: Kjell Lundgren ScandiDos AB

E-mail: kjell.lundgren@scandidos.com

Bidrag: 497 804 kr

Projektets löptid: 2015-2016

Relaterade styrkeområden:

Med stöd från: