Mezinárodní tým nanospecialistů vyvinul měkké nanokompozitní elektroadhesive (SNE), které umožní výrobu stále menší elektroniky. Dodáním lesa uhlíkových nanotrubic s elektrickým nábojem našli vědci praktický způsob, jak vyzvednout a umístit předměty o průměru až 20 nm v průměru, čímž se překonají omezení proudu, která brání konstrukci zařízení s nanočásticemi.
S využitím současné technologie dosáhli výrobci špičkové miniaturní elektroniky hranici pro zmenšování obvodů. Mohou být vyrobeny mechanické senzory a akcelerometry, které jsou menší než 1 mm. Zatímco čipy integrovaných obvodů (IC) pro vysokofrekvenční komunikaci mohou být jednu desetinu milimetru nebo menší a diody emitující mikro-světlo (LED) pro displeje příští generace jsou stále menší, měří pouze 1 až 10 mikrometrů na šířku.
Výzvy při vytváření elektroniky nad tyto limity byly nastíňeny ve studii (zveřejněné v časopise Science Advances), v níž se uvádí, že „v současné době je automatizovaná sběrná a montážní technika měřítko pro výrobu desek plošných spojů a integraci miniaturních obvodů do systémů na čipu. I přes pokroky v miniaturních robotických chapadlech a vakuových tryskách je však manipulace stále náročnější, protože se zmenšuje velikost objektu, protože gravitační síly klesají rychleji než van der Waalsovy síly nebo elektrostatická přitažlivost. Složité mikromechanické chapadla trpí stiction [statické tření, které je třeba překonat, aby se stacionární objekty mohly zvednout z povrchu], a proto nemohou spolehlivě umisťovat mikroskopické objekty bez pomoci sekundárních adhezivních povrchů. “
Je vyžadována technika nebo zařízení, které se může opakovaně přepínat mezi silnou adhezí k vyzvedávání předmětů a slabou adhezí při ukládání předmětů. Vzhledem k úrovni kontroly požadované v tomto měřítku a křehké povaze manipulace s tak malými částmi by žádné řešení tohoto problému v ideálním případě nezahrnovalo zahřívání, stříhání nebo chemické reakce.
Nyní studie z MIT, Korea Advanced Institute of Science and Technology a University of Pennsylvania, učinila průlom změnou napětí aplikovaného na volný les uhlíkových nanotrubic. Při tom vědci dokázali snadno zapnout a vypnout adhezivní sílu, čímž vytvořili praktickou metodu pro zvedání a umísťování kovových i dielektrických těles nanočástic.
Jak uvádí vědecký časopis Nplus One, „Aplikace elektrického napětí dočasně polarizuje dielektrickou vrstvu nanotrubic, což zvyšuje elektrostatickou adhezi více než stonásobně. Výsledkem je, že porost nanotrubic, který je obvykle asi 40krát méně „lepkavý“ než většina ostatních pevných látek, vytváří při použití 30 voltů mnohem silnější vazbu. Odpovídající experimenty měřily sílu 2,3 mikronů na plochu o rozměrech 200 x 200 mikronů. “
Tato síla umožnila týmu vyzvednout a umístit filmy stříbrných nanočástic, jakož i kovových a polymerních mikročástic, a diody emitující světlo měřící 170 μm až 170 μm až 50 μm.
Až dosud bylo zvedání a vypouštění takových drobných předmětů nad možnosti moderních mechanických manipulátorů, které v současné době bojují s pohybem předmětů, které měří méně než 50 mikronů. Nejmenší předměty, které tým dokázal vyzvednout a umístit metodou uhlíkových nanotrubic, měřily pouze 20 nanometrů.
I když je technika elektro-adheze již používána pro pohyb větších těles, jako jsou křemíkové plátky nebo textilie, je to poprvé, kdy byla aplikována na objekty v nano-měřítku. Ale s moderními elektronickými součástkami, které se zmenšovaly na velikost zrn mouky, byl nutný průlom v pohybu a umísťování těchto částí.
Tato práce nyní umožnila další pokroky v elektronice pomocí měkkých nanostrukturovaných povrchů pro manipulaci s kovovými a dielektrickými předměty bez tepelné nebo chemické adheze.
Kromě umožnění zdokonalené výroby elektroniky v nanočásticích může metoda nalézt uplatnění také v biotechnologiích, optoelektronice a systémech přeměny energie.
Fotografický kredit: Science Advances & Lifeboat
