3D-print nanoresonatorer:Mod miniaturiserede og multifunktionelle sensorer

Mikro-elektromekaniske enheder (MEMS) er baseret på integration af mekaniske og elektriske komponenter på mikrometerskala. Vi bruger dem alle kontinuerligt i vores hverdag:For eksempel er der i vores mobiltelefoner mindst et dusin MEMS, der regulerer forskellige aktiviteter lige fra bevægelses-, positions- og hældningsovervågning af telefonen; aktive filtre til de forskellige transmissionsbånd, og selve mikrofonen.

Endnu mere interessant er den ekstreme nanoskala-miniaturisering af disse enheder (NEMS), fordi den giver mulighed for at skabe inerti-, masse- og kraftsensorer med en sådan følsomhed, at de kan interagere med enkelte molekyler.

Udbredelsen af ​​NEMS-sensorer er dog stadig begrænset af de høje produktionsomkostninger ved traditionelle siliciumbaserede teknologier. Omvendt har nye teknologier såsom 3D-print vist, at lignende strukturer kan skabes til lave omkostninger og med interessante iboende funktionaliteter, men til dato er ydeevnen som massesensorer dårlig.

Artiklen "Reaching silicium-based NEMS performances with 3D printer nanomechanical resonators" offentliggjort i Nature Communications viser, hvordan det er muligt at opnå mekaniske nanoresonatorer fra 3D-print med værdital som kvalitetsfaktor, offentliggjort stabilitet, massefølsomhed og styrke, der kan sammenlignes med siliciumresonatorers. Forskningen er resultatet af samarbejdet mellem Politecnico di Torino (Stefano Stassi og Carlo Ricciardi fra Institut for Anvendt Videnskab og Teknologi; og Mauro Tortello og Fabrizio Pirri fra NAMES og MPNMT grupperne) og det hebraiske universitet i Jerusalem, med forskning af Ido Cooperstein og Shlomo Magdassi.

De forskellige nanoenheder (membraner, cantilever, broer) blev opnået ved to-foton polymerisation på nye flydende sammensætninger, efterfulgt af en termisk proces, der fjerner det organiske indhold, hvilket efterlader en keramisk struktur med høj stivhed og lav intern spredning. De således opnåede prøver karakteriseres derefter ved laser-dopplervibrometri.

"NEMS, som vi har fremstillet og karakteriseret," forklarer Stefano Stassi, "har mekaniske ydeevner på linje med nuværende siliciumenheder, men de opnås gennem en enklere, hurtigere og mere alsidig proces, takket være hvilken det også er muligt at tilføje nye kemisk-fysiske funktionaliteter. For eksempel er materialet anvendt i artiklen Nd:YAG, der normalt bruges som en faststoflaserkilde i det infrarøde område."

"Evnen til at fremstille komplekse og miniature enheder, der har en ydeevne svarende til silicium," siger Shlomo Magdassi, "ved en hurtig og enkel 3D-printproces bringer nye horisonter til feltet additiv fremstilling og hurtig fremstilling." + Udforsk yderligere

Den højeste forstærkning i små nanoskalaenheder