Ученые разработали инновационную методику для контролируемого движения микро- и наночастиц путём проведения манипуляции электроадгезионными свойствами нанотрубок. Данный подход предполагает динамичное регулирование силы взаимодействия между нанотрубками и частицами посредством изменения только электрического потенциала, обеспечивая тем самым весьма эффективную возможность управления как металлическими, так и диэлектрическими объектами на микро- и наноуровне. Эта технология открывает перспективы для существенного уменьшения размеров электроники за счёт преодоления ограничений, связанных с миниатюрацией механических захватывающих устройств в текущих технологиях., пишут авторы в журнале Science Advances. Современные электронные устройства состоят из огромного количества крошечных элементов, которые с высокой точностью необходимо разместить в нужных местах на плате.
Новый захват поднимает светодиод размером 170 микрон. S. Kim et al. / Science Advances
Сегодня миниатюризация компонентов достигла масштаба крупинок муки. Например, самые современные светодиоды для дисплеев могут быть до нескольких микрон в размере. Во многих случаях эти детали перемещаются специальными механическими или вакуумными захватами. Однако по мере сокращения размеров устройств данные способы удержания становятся все менее эффективными, так как в микромире гравитация убывает с уменьшением тел быстрее, чем поверхностные силы Ван-дер-Ваальса. В результате механические микроманипуляторы не справляются самостоятельно с размещением деталей на расчетных местах и нуждаются в дополнительном усилии, которым обычно является адгезия подложки.
В работе американских ученых под руководством Джона Харта (John Hart) из Массачусетского технологического института описан способ управления адгезией подложки, состоящей из неплотного леса покрытых диэлектрической керамикой углеродных нанотрубок. Созданное авторами на основе данного принципа устройство позволяет манипулировать объектами размером вплоть до 20 нанометров.
Схема работы нового захвата. S. Kim et al. / Science Advances
Приложение электрического напряжения временно поляризует диэлектрическую оболочку нанотрубок, что увеличивает адгезию, за которую в данном случае отвечает электростатика, более чем стократно. В результате лес нанотрубок, который в норме примерно в 40 раз менее «липкий», чем большинство других твердых тел, образует в разы более сильную связь при приложении 30 вольт. Соответствующая измеренная в эксперименте сила для площадки 200 на 200 микрон составила 2,3 микроньютона. Снятие напряжения вызывало резкое уменьшение адгезии.
Продемонстрированный размер захватываемых частиц намного меньше возможностей современных механических манипуляторов, которые с трудом справляются с перемещением тел менее 50 микрон. Также ученые отмечают, что эффект электроадгезии уже используется в некоторых промышленных технологиях для перемещения крупных объектов, таких как ткани или кремниевые пластины. Однако этот принцип никогда ранее не применялся для микроскопических тел.
Ранее этот же коллектив ученых продемонстрировал печать электронных схем с использованием нанотрубок. Также физики раскрыли «двуличность» углеродных нанотрубок и смогли их охладить постоянным током до квантового режима.
Автор: Тимур Кешелава
Источник: https://nplus1.ru/
