Ny tænd/sluk-funktion for hurtig, følsom, ultra-små teknologier

Hvordan tænder og slukker du en ultralille komponent i avancerede teknologier? Du skal bruge en aktuator, en enhed, der overfører input såsom elektricitet til fysisk bevægelse. Imidlertid, aktuatorer i småskalateknologier til dato har kritiske begrænsninger. For eksempel, hvis det er svært at integrere aktuatoren i halvlederelektronik, teknologiens anvendelse i den virkelige verden vil være begrænset. Et aktuatordesign, der fungerer hurtigt, har præcis on/off kontrol, og er kompatibel med moderne elektronik ville være uhyre nyttig.

I en undersøgelse for nylig offentliggjort i Nano bogstaver , et hold med forskere fra Osaka University har udviklet en sådan aktuator. dens følsomhed, hurtigt tænd/sluk svar, og nanometer-skala præcision er uden sidestykke.

Forskernes aktuator er baseret på vanadiumoxidkrystaller. Mange nuværende teknologier bruger en egenskab ved vanadiumoxid kendt som faseovergangen til at forårsage bøjningsbevægelser uden for planet i små enheder. For eksempel, sådanne aktuatorer er nyttige i ultrasmå spejle. At bruge faseovergangen til at forårsage bøjning i planet er langt vanskeligere, men det ville være nyttigt, for eksempel, i ultrasmå gribere i medicin.

"Ved 68°C, vanadiumoxid gennemgår en skarp monoklinisk til rutil faseovergang, der er nyttig i mikroskalateknologier, " forklarer medforfatter Teruo Kanki. "Vi brugte en chevron-type (savtand) enhedsgeometri til at forstærke bøjning i planet af krystallen, og åbne op for nye applikationer."

Ved hjælp af en to-trins protokol, forskerne fremstillede en femten mikrometer lang vanadiumoxidkrystal fastgjort med en række ti mikrometer arme til en fast ramme. Ved hjælp af en faseovergang forårsaget af en let opnåelig stimulus - en temperaturændring på 10°C - bevæger krystallen sig 225 nanometer i planet. Ekspansionsadfærden er meget reproducerbar, over tusindvis af cyklusser og flere måneder.

"Vi flyttede også aktuatoren i planet som svar på en laserstråle, " siger Nicola Manca og Luca Pelligrino, medforfattere. "Tænd/sluk-responstiden var en brøkdel af et millisekund nær faseovergangstemperaturen, med små ændringer ved andre temperaturer, hvilket gør vores aktuatorer til de mest avancerede i verden."

Småskalateknologier såsom avancerede implanterede lægemiddelleveringsanordninger ville ikke fungere uden evnen til hurtigt at tænde og slukke dem. Det underliggende princip for forskernes aktuator - en reversibel faseovergang for tænd/sluk, bevægelse i flyet – vil dramatisk udvide anvendeligheden af ​​mange moderne teknologier. Forskerne forventer, at nøjagtigheden og hastigheden af ​​deres aktuator vil være særlig nyttig for mikrorobotter.