Airbags, impresoras de inyección de tinta, y video proyectores pueden no parecen tener mucho en común, pero los tres se basan en la acción de diminutos dispositivos a microescala para que funcione correctamente.
Estos dispositivos, conocidos como sistemas microelectromecánicos (MEMS), son de creciente interés para los investigadores debido a su amplia gama de aplicaciones, desde los micrófonos de biosensores.
La mayor parte de la actual generación de MEMS se fabrican principalmente de silicio, que se debe en gran parte a la relativa facilidad de la fabricación de dispositivos basados en silicio con la tecnología actual. Sin embargo, MEMS basados en silicio tienen algunos inconvenientes importantes: se desgastan muy rápidamente debido a la fricción y que no son biocompatibles - la prevención de posibles aplicaciones médicas futuras dentro del cuerpo humano.
Los investigadores del Centro de Materiales a Nanoescala en el Laboratorio Nacional de Argonne y un puñado de otras instituciones de todo el mundo han dirigido su atención a MEMS explorando hechas de un material relativamente nuevo conocido como el diamante ultrananocrystalline (UNCD), que son lisa y resistentes al desgaste películas delgadas de diamante.
"Se necesitan MEMS robustos y fiables para el deslizamiento y las acciones de rotación en la pequeña escala", dijo Argonne nanocientífico Anirudha Sumant. "Silicon no tiene tan buen mecánico o desgaste propiedades como el diamante."
Pero la dificultad relativa de tratar de forma a un dispositivo MEMS de UNCD complica las cosas. MEMS tienen que hacerse de forma extremadamente precisa, y sus componentes no puedan desplazarse fuera de lugar.
El objetivo del experimento era hacer que la parte de un dispositivo MEMS conocido como el actuador, que en este caso convierte la energía de calor en desplazamiento mecánico o movimiento. El actuador se parece a una red de cables de diamante que se expande y contrae como un fuelle medida que se calienta y se enfría. Esta red de filamentos de diamante está unido a un eje largo, que puede entonces ser a su vez conectada a un sistema MicroGear para proporcionar el movimiento de rotación.
Desafortunadamente, el material de diamante se ve acosado por las tensiones que los científicos necesitan encontrar formas de solucionar. El material es especialmente notorio por lo Sumant llama "esfuerzo de compresión", un fenómeno que se produce porque la red atómica del diamante no se expande tanto durante la fase caliente cuando la película se deposita en otro material. "La principal cuestión que estamos tratando de resolver es cómo reducir el estrés intrínseco en esta película", dijo Sumant.
Afortunadamente, varias de las propiedades de la película UNCD ayuda a aliviar el estrés. UNCD consiste en granos de diamante pequeñas conectadas por los límites de grano. "Se puede pensar de estos límites de grano como una red de bádminton; son flexibles en vez de rígidos, lo cual es bueno para el alojamiento de estrés ", dijo Sumant. "También está el tamaño de grano uniforme a lo largo de abajo hacia arriba, que es importante para mantener el estrés bajo."
Los investigadores fueron capaces de sintonizar la tensión intrínseca mediante la optimización de los materiales de límite de grano y el espesor de las películas.
"Esto realmente abre la puerta para el uso de diamantes para la fabricación de dispositivos MEMS avanzadas", dijo Sumant.
Un estudio basado en la investigación, el conductor de la electricidad diamante ultrananocrystalline para el desarrollo de una nueva generación de micro-actuadores , apareció en la edición del 02 de mayo de sensores y actuadores A:. Física La investigación se realizó en colaboración con Merlijn van Spengen en TU Delft Universidad de los Países Bajos y fue apoyado por el Departamento de Energía de EE.UU. Oficina de Ciencia .
Sobre el Laboratorio Nacional Argonne
Laboratorio Nacional de Argonne busca soluciones a los acuciantes problemas nacionales en materia de ciencia y tecnología. Primer laboratorio nacional de la nación, Argonne conduce de vanguardia básica y la investigación científica aplicada en prácticamente todas las disciplinas científicas. Investigadores de Argonne trabajan en estrecha colaboración con investigadores de cientos de agencias de empresas, universidades, y federal, estatales y municipales para ayudarles a resolver sus problemas específicos, promover el liderazgo científico de Estados Unidos y preparar a la nación para un futuro mejor. Con empleados de más de 60 naciones, Argonne es manejado por UChicago Argonne, LLC para el Departamento de Energía de EE.UU. Oficina de Ciencia. Para más información, visite www.anl.gov .
Acerca del Centro de Materiales a Nanoescala
El Centro de Materiales a Nanoescala en el Laboratorio Nacional Argonne es uno de los cinco Centros DOE nanoescala Ciencia investigación (NSRCs), principales centros nacionales de usuarios de la investigación interdisciplinaria en la nanoescala, apoyados por la Oficina de Ciencia del DOE. Juntos los NSRCs comprenden un conjunto de instalaciones complementarias que proporcionan a los investigadores la capacidad del estado de la técnica para fabricar, procesar, caracterizar y materiales modelo a escala nanométrica, y constituyen la mayor inversión en infraestructura de la Iniciativa Nacional de Nanotecnología. Los NSRCs se encuentran en Argonne del Departamento de Energía, Brookhaven, Lawrence Berkeley, Oak Ridge y Sandia y Los Alamos National Laboratories. Para mayor información sobre los NSRCs DOE, por favor visite el sitio web de la Oficina de Ciencia .
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