Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
Mikroelektromekaniska enheter (MEMS) är baserade på integrationen av mekaniska och elektriska komponenter i mikrometerskala. Vi använder dem alla kontinuerligt i vår vardag:Till exempel i våra mobiltelefoner finns det minst ett dussin MEMS som reglerar olika aktiviteter, allt från rörelse-, positions- och lutningsövervakning av telefonen; aktiva filter för de olika överföringsbanden och själva mikrofonen.
Ännu mer intressant är den extrema nanoskala miniatyriseringen av dessa enheter (NEMS), eftersom det erbjuder möjligheten att skapa tröghets-, mass- och kraftsensorer med sådan känslighet att de kan interagera med enstaka molekyler.
Men spridningen av NEMS-sensorer begränsas fortfarande av den höga tillverkningskostnaden för traditionell kiselbaserad teknik. Omvänt har ny teknik som 3D-utskrift visat att liknande strukturer kan skapas till låg kostnad och med intressanta inneboende funktioner, men hittills är prestandan som masssensorer dålig.
Artikeln "Reaching silicon-based NEMS performances with 3D printer nanomechanical resonators" publicerad i Nature Communications visar hur det är möjligt att få fram mekaniska nanoresonatorer från 3D-utskrift med meritvärden som kvalitetsfaktor, publicerad stabilitet, masskänslighet och styrka jämförbara med kiselresonatorernas. Forskningen är resultatet av samarbetet mellan Politecnico di Torino (Stefano Stassi och Carlo Ricciardi från Institutionen för tillämpad vetenskap och teknik; och Mauro Tortello och Fabrizio Pirri från NAMES och MPNMT-grupperna) och Hebrew University of Jerusalem, med forskning av Ido Cooperstein och Shlomo Magdassi.
De olika nanoenheterna (membran, cantilever, broar) erhölls genom två-fotonpolymerisation på nya flytande kompositioner, följt av en termisk process som tar bort det organiska innehållet, vilket lämnar en keramisk struktur med hög styvhet och låg intern spridning. De sålunda erhållna proverna karakteriseras sedan med laserdopplervibrometri.
"NEMS som vi har tillverkat och karakteriserat", förklarar Stefano Stassi, "har mekaniska prestanda i linje med nuvarande kiselanordningar, men de erhålls genom en enklare, snabbare och mer mångsidig process, tack vare vilken det också är möjligt att lägga till nya kemisk-fysikaliska funktioner. Till exempel är materialet som används i artikeln Nd:YAG, som normalt används som en laserkälla i fast tillstånd i det infraröda området."
"Förmågan att tillverka komplexa och miniatyrenheter som har liknande prestanda som kisel", säger Shlomo Magdassi, "genom en snabb och enkel 3D-utskriftsprocess, ger nya vyer till området additiv tillverkning och snabb tillverkning." + Utforska vidare
