《電子技術(shù)應(yīng)用》
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MIT用水珠就能撐起未來MEMS的一片天,?

2016-12-25
關(guān)鍵詞: MEMS 電子

微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)是指一系列微型器械,,主要用于制造生產(chǎn)電子芯片及其儀器。該項(xiàng)技術(shù)廣泛運(yùn)用于當(dāng)今的大眾電子市場,,但是有一個(gè)問題,,那就是隨著使用時(shí)間的增加,它們的活動(dòng)部件由于長時(shí)摩擦極易磨損,。

來自麻省理工學(xué)院(MIT)研究人員對(duì)此給出了一個(gè)新的解決方案,,他們制造的儀器活動(dòng)部件之間不再直接接觸,這樣便有效地防止了機(jī)器磨損與故障,。

這項(xiàng)系統(tǒng)使用了一層液滴來支撐起一個(gè)可移動(dòng)的微型平臺(tái),。這些液滴可以是水,也可以是其他的液體,。通過對(duì)液滴的尺寸形態(tài)的控制,,可以精準(zhǔn)地控制與調(diào)動(dòng)微平臺(tái)的運(yùn)作。通過電力控制液滴就可以讓該平臺(tái)向上,、向下或者傾斜移動(dòng),。

這項(xiàng)研究成果的相關(guān)論文發(fā)表在《應(yīng)用物理學(xué)快報(bào)》(Applied Physics Letters),論文作者包括了MIT研究生丹尼爾·普里斯頓(DanielPreston)與機(jī)械工程學(xué)副教授艾弗林·王(Evelyn Wang),,以及其他五位成員,。

普里斯頓解釋說這項(xiàng)新的系統(tǒng)可用于儀器制造的不同階段,例如顯微鏡的樣品臺(tái)。顯微鏡的對(duì)焦就可以通過調(diào)節(jié)液滴的形態(tài)來完成,。

這項(xiàng)系統(tǒng)的運(yùn)作方法是基于更改液滴與平臺(tái)表層的接觸角度,。液滴在親水的表面上會(huì)變扁,進(jìn)而形成一個(gè)極小的接觸角,。反過來,,如果材料是疏水的,那么液滴便會(huì)保持一個(gè)較完整的球體形狀,,從而形成一個(gè)非常大的接觸角,。而在某些絕緣體材料的表面,可以通過調(diào)節(jié)外加電壓的方法來控制液體的“親/疏水性”,,以達(dá)到調(diào)節(jié)水珠形狀來的目的,。

假如材料面是疏水的,液滴便會(huì)拱起,,進(jìn)而將整個(gè)平臺(tái)都抬高,。MIT的研究者們用一層薄銅片演示了這種情況?!耙簿褪钦f,,我們只是調(diào)整水珠的大小與形態(tài)便可以相應(yīng)的調(diào)節(jié)所需要的平臺(tái)角度?!逼绽锼诡D說道,,“現(xiàn)在有很多實(shí)驗(yàn)都需要用到激光,因此我們的微動(dòng)裝置會(huì)給他們帶來很大的幫助,?!?/p>

為了能夠讓液滴保持形態(tài)而不至于直接滑走,研究團(tuán)隊(duì)把可移動(dòng)微平臺(tái)的底面也徹底改造了一番,。盡管接觸面的材料幾乎都是疏水的,,但是因?yàn)樵谄渲兄踩肓撕芏辔⑿〉挠H水性性圓形材料,這么一來,,水珠就可以安全的被“釘”在平臺(tái)的表面上了,。

在最初的測試?yán)铮怪狈较虻木瓤梢赃_(dá)到10微米,,也就是百萬分之一米,,而最大的操控范圍則可以達(dá)到130微米。

普里斯頓介紹說:“MEMS常常因?yàn)楣腆w表面間的接觸而磨損,,甚至還有可能卡住,。在這么微小的運(yùn)作層面上,東西非常容易壞,。雖說我們這項(xiàng)技術(shù)并非是什么新鮮事,但是還沒有用它來移動(dòng)過一個(gè)平臺(tái)。我們所做出的真正創(chuàng)新點(diǎn)則是在沒有固體材料的鏈接下,,成功將一個(gè)平臺(tái)上下移動(dòng),,甚至還可以做到改變角度?!?/p>

從原理上來看,,如果用上大型的電極陣列,除了可以讓平臺(tái)的上下移動(dòng)以外,,還能實(shí)現(xiàn)一些更為精確的操作,。比如說,這個(gè)陣列可以應(yīng)用于在“芯片實(shí)驗(yàn)室”(Lab on a chip),,將生物樣品從一個(gè)測試芯片“搬運(yùn)”到下一站去,。

普里斯頓還表示,這項(xiàng)系統(tǒng)能夠很快用于現(xiàn)實(shí)中的某些特定應(yīng)用上,。他還補(bǔ)充道:“(到底會(huì)有多塊)要取決于人們對(duì)此的熱情,,但是我個(gè)人看來這項(xiàng)研究的大面積使用是沒有什么問題的,我想在一年之內(nèi)應(yīng)該就可以實(shí)現(xiàn),?!?/p>

加州大學(xué)的機(jī)械航空工程學(xué)教授Chang-Jin Kim雖然沒有參與這項(xiàng)研究,但是他也指出:“在微觀尺度下的操控是相當(dāng)困難的,,因?yàn)槟切┏S玫陌l(fā)動(dòng)機(jī)或者變速裝置是沒有微版本的,,再說了,就算它們真的有,,那也是相當(dāng)脆弱而且摩擦力較大的,。所以在這種前提下,利用液滴來充當(dāng)一個(gè)機(jī)械元素也是情理之中,。當(dāng)然,,在這項(xiàng)研究成為實(shí)際以前,還有一系列的問題亟需解決,,但不得不說這已經(jīng)是一個(gè)相當(dāng)具有說服力的起點(diǎn)了,。”

印度理工學(xué)院的納米科學(xué)與工程中心的教授普羅森系特·森(Prosenjit Sen)對(duì)此也做出評(píng)論:“這個(gè)解決方法更簡單了,,因此將其應(yīng)用于實(shí)際操作范疇下可以有效地節(jié)約成本,。此外,液滴來支撐平臺(tái)還能起到一定的避震效果,,這在以前的全固態(tài)平臺(tái)上時(shí)完全不可能的,。”


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