www.wimjongman.nl
KLEINE ELEKTROMECHANISCHE APPARATEN ZIJN OVERAL, MAAR ISRAELISCHE EN ITALIAANSE ONDERZOEKERS VONDEN EEN BETERE MANIER OM BETERE TE MAKEN
Door Judy Siegel-Itzkovich | 10 november 2021
“En Hashem, uw God, zal u brengen naar het land dat uw vaderen bezaten, en gij zult het bezitten; en Hij zal u welvarender en talrijker maken dan uw vaderen. Deuteronomium 30:5 (De Israël BijbelTM)
Micro-elektro-mechanische apparaten (MEMS) zijn alomtegenwoordig in de hedendaagse technologie. Op basis van de integratie van mechanische en elektrische componenten op micrometerschaal - om maar een voorbeeld te geven - zitten er minstens een dozijn in onze mobiele telefoons om verschillende activiteiten te regelen, wat gaat van de bewaking van de beweging, de positie en de helling van de telefoon, actieve filters voor de verschillende transmissiebanden en de microfoon zelf.
De extreme miniaturisatie in NEMS-resonatoren biedt de mogelijkheid om een ongekende resolutie te bereiken in hoogperformante massadetectie. Deze zeer lage detectiegrenzen houden verband met de combinatie van twee factoren - een kleine resonatormassa en een factor van hoge kwaliteit. Het grootste nadeel van NEMS zijn de zeer complexe, meerstaps en dure fabricageprocessen.
Deze apparaten kunnen worden gemaakt op extreme nanoschaal met sensoren die zo gevoelig zijn dat zij kunnen interageren met afzonderlijke moleculen. Maar hun fabricagekosten zijn zeer hoog, zodat nieuwe technologieën zoals 3D-printing hebben aangetoond dat soortgelijke structuren kunnen worden gemaakt tegen lage kosten en met interessante intrinsieke functionaliteiten. Tot dusver zijn hun prestaties als massasensoren echter gering.
Amerikaanse Vrienden van de Hebreeuwse Universiteit foto van Prof. Shlomo Magdassi
Onderzoekers van de Hebreeuwse Universiteit van Jeruzalem (HUJI) met collega's in Italië hebben hun bevindingen over MEMS gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Nature Communications onder de titel "Reaching silicon-based NEMS performances with 3D printer nanomechanical resonators." Zij onderzochten hoe het mogelijk is om uit 3D-printen mechanische nanoresonatoren te verkrijgen met een hogere kwaliteit, stabiliteit, massagevoeligheid en sterkte die vergelijkbaar zijn met die van siliciumresonatoren.
Het onderzoek is het resultaat van de samenwerking promovendus Ido Cooperstein en prof. Shlomo Magdassi aan HUJI en Stefano Stassi, Carlo Ricciardi, Mauro Tortello en Fabrizio Pirri aan de Politecnico di Torino in Italië.
De verschillende nanodevices (membranen, cantilever en bruggen) werden verkregen door polymerisatie met twee fotonen op nieuwe vloeibare composities, gevolgd door een thermisch proces dat de organische inhoud verwijdert, waardoor een keramische structuur overblijft met een hoge stijfheid en een lage interne dissipatie. De aldus verkregen monsters zijn vervolgens gekarakteriseerd met Laser Doppler vibrometrie.
"Magdassi: "De mogelijkheid om complexe en miniatuur-apparaten te fabriceren met prestaties die vergelijkbaar zijn met die van silicium, door middel van een snel en eenvoudig 3D-printproces, brengt nieuwe horizonten op het gebied van additieve productie en snelle fabricage."
"De NEMS die we hebben gefabriceerd en gekarakteriseerd," schreven de onderzoekers, "hebben mechanische prestaties die in lijn zijn met de huidige silicium apparaten, maar ze zijn verkregen door middel van een eenvoudiger, sneller en veelzijdiger proces, dankzij welke het ook mogelijk is om nieuwe chemisch-fysische functionaliteiten toe te voegen. Het in het artikel gebruikte materiaal is bijvoorbeeld Nd: YAG, dat normaal wordt gebruikt als een vastestof-laserbron in het infrarode bereik."