SNSF-finansierade forskare har utvecklat en ny teknik för att hugga material för att skapa mikromekaniska system. Särskilt, de har skapat en liten klockkomponent av syntetisk enkristall diamant.
Diamant är mycket hård och elastisk, en mycket bra värmeledare och mycket transparent, vilket gör den idealisk för många mekaniska och optiska applikationer. Men att klippa den i komplexa former med mikrometer (en tusendels millimeter) precision är fortfarande mycket utmanande. En process som utvecklats av Niels Quacks team, en SNSF -professor vid EPFL, gör det möjligt att hugga ett mikromekaniskt klocksystem-ett rymdhjul och ankar med tre millimeter i diameter-av syntetisk enkristalldiamant.
Lausanne -teamet har förfinat en teknik som kallas "reaktiv jonetsning" som används flitigt inom datorchipsindustrin. Forskarna kan därmed rista syntetisk diamant i tredimensionella former 0,15 millimeter tjocka, dvs tre gånger större än de tjockaste befintliga strukturerna. "Vi börjar närma oss branschens standardtjocklek, vilket är ungefär 0,2 millimeter ", förklarar Quack. "Vår teknik är intressant för industrin, och vi diskuterar med ett schweiziskt klockföretag. Vi tror att diamant ger minskad friktion, vilket borde öka effektreserven. Så lång tid tar det tills klockan måste spolas tillbaka. Men det är fortfarande en hypotes som måste testas. "Diamond har andra fördelar för urmakning:den är genomskinlig och kan färgas, och är också icke-magnetiskt-ett högt värderat attribut på den nuvarande marknaden.
Tidigare, reaktiv jonetsning kan bara skapa strukturer som är 0,05 millimeter tjocka:när jonerna (elektriskt laddade atomer) accelereras av ett elektriskt fält, de tar inte bara bort diamantskikten på utvalda platser; de äter också bort masken som definierar önskad form. Djupet på de strukturer som kan erhållas begränsas således av maskens motståndskraft och tjocklek. På mindre än sex månader, Adrien Toros, en vetenskaplig assistent vid EPFL:s Institute of Microelectronics, utvecklat en dubbelskiktad mask som består av ett lager aluminium, som fäster bra på diamant, placeras under ett andra lager kiseldioxid, som är tjock och mer resistent mot jonisk aktivitet. Resultatet är en snabbare etsningsprocess som möjliggör nästan vertikal, och djupare, nedskärningar.
Med stöd av Innosuisse (tidigare CTI), laget planerar att fortsätta sitt samarbete med den schweiziska syntetiska diamanttillverkaren Lake Diamond, som laget har lämnat patent på. "På medellång sikt kommer denna nya teknik att göra det möjligt för oss att producera och kommersialisera exakta mikrometerkomponenter, och följaktligen för att utöka vårt verksamhetsområde ", säger Pascal Gallo, företagets VD.
I ett andra projekt, forskarna arbetar med att utveckla optiska komponenter från ultraren diamant, t.ex. linser som används vid värmeavbildning, som fungerar inom det infraröda spektrumet, samt laserkomponenter för industriell skärning.
"När mitt forskningsprojekt startade 2015, Jag hade aldrig tänkt mig alla industriella tillämpningar ", säger Niels Quack. "Men vi såg snabbt potentialen i vårt arbete och lyckades utveckla det till praktiska tillämpningar tack vare stöd från Gebert Rüf Stiftung. För mig, detta är en perfekt illustration av hur grundforskning ofta resulterar i applikationer som ingen förutspådde, men det är attraktivt för industrin. Det är viktigt att ha ett öppet sinne. "
