Ferropaper er ny teknologi til små motorer, robotter

(PhysOrg.com) - Forskere ved Purdue University har skabt et magnetisk "ferropaper", der kan bruges til at lave billige "mikromotorer" til kirurgiske instrumenter, lille pincet til at studere celler og miniature højttalere.

Materialet er fremstillet ved at imprægnere almindeligt papir - endda avispapir - med en blanding af mineralsk olie og "magnetiske nanopartikler" af jernoxid. Det nanopartikelfyldte papir kan derefter flyttes ved hjælp af et magnetfelt.

"Papir er en porøs matrix, så du kan indlæse en masse af dette materiale i det, " sagde Babak Ziaie, en professor i elektro- og computerteknik og biomedicinsk teknik.

Den nye teknik repræsenterer en billig måde at lave små stereohøjttalere på, miniaturerobotter eller motorer til en række potentielle anvendelser, inklusive pincet til at manipulere celler og fleksible fingre til minimalt invasiv kirurgi.

"Fordi papir er meget blødt, vil det ikke beskadige celler eller væv, " sagde Ziaie. "Det er meget billigt at lave. Du putter en dråbe på et stykke papir, og det er din aktuator, eller motor."

Når den er mættet med denne "ferrofluid" blanding, papiret er belagt med en biokompatibel plastfilm, hvilket gør den vandafvisende, forhindrer væsken i at fordampe og forbedrer mekaniske egenskaber såsom styrke, stivhed og elasticitet.

Resultaterne vil blive beskrevet detaljeret i et forskningspapir, der præsenteres under den 23. IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems den 24.-28. januar i Hong Kong. Avisen er skrevet af Ziaie, elektroingeniør doktorand Pinghung Wei og fysik doktorand Zhenwen Ding.

Fordi teknikken er billig og ikke kræver specialiserede laboratoriefaciliteter, det kunne bruges i community colleges og gymnasier til at undervise om mikrorobotter og andre tekniske og videnskabelige principper, sagde Ziaie.

De magnetiske partikler, som er kommercielt tilgængelige, har en diameter på omkring 10 nanometer, eller milliardtedele af en meter, hvilket er cirka 1/10, 000. bredden af ​​et menneskehår. Ferro er en forkortelse for ferro, eller relateret til jern.

"Du behøver ikke bruge nanopartikler, men de er nemmere og billigere at fremstille end større partikler, " sagde Ziaie. "De er kommercielt tilgængelige til meget lave omkostninger."

Forskerne brugte et instrument kaldet et felt-emission scanningselektronmikroskop til at studere, hvor godt nanopartikelblandingen imprægnerer visse typer papir.

"Alle typer papir kan bruges, men avispapir og blødt silkepapir er særligt velegnede, fordi de har god porøsitet, " sagde Ziaie.

Forskerne formede materialet til en lille cantilever, en struktur, der ligner et vippebræt, der kan flyttes eller bringes til at vibrere ved at påføre et magnetfelt.

"Cantilever aktuatorer er meget almindelige, men normalt er de lavet af silicium, som er dyrt og kræver specielle renrumsfaciliteter at fremstille, " sagde Ziaie. "Så det kunne være meget billigt at bruge ferropaper, enkelt alternativ. Det er 100 gange billigere end de siliciumenheder, der nu er tilgængelige."

Forskerne har også eksperimenteret med andre former og strukturer, der ligner Origami, for at studere mere komplicerede bevægelser.