Wysoce precyzyjne czujniki nanotechnologiczne

Nowa technologia pozwala mikroskopijnym urządzeniom na precyzyjny pomiar oddziaływujących na nie siły i na auto-kalibrację czujników.

Dzięki technologii elektromikrometrologii (EMM) stworzonej przez zespół pod kierownictwem prof. Jasona Vaughna Clarke'a z Uniwersytetu Purdue mikrosystemy elektromechaniczne (MEMS) będą mogły być wykorzystane jako ultra-precyzyjne czujniki do diagnostyki medycznej, testowania zanieczyszczenia środowiska czy badania scen zbrodni.

Akcelerometry i żyroskopy MEMS są stosowane współcześnie w rozmaitych produktach komercyjnych, od aparatów fotograficznych zaczynając, przez iPhone'y i Wii, a kończąc na poduszkach powietrznych w samochodach. W tych zastosowaniach sprawdzają się, bo mierzą siły działające w dużej skali, jednak nie nadają do pomiaru sił na swoim poziomie, takich jak np. oddziaływania van der Waalsa czy efekt Casimira. W mikro- czy nanoskali nie było praktycznych sposobów na mierzenie bardzo małych odległości czy sił, z uwagi na rozrzut przy produkowaniu mikrourządzeń. Cytując prof. Clarke'a:

Zmiana szerokości o 10 procent może spowodować zmianę sztywności mikrostruktury o 100 procent. Fluktuacje w procesach produkcji powodowały, że naukowcom trudno było dokładnie przewidzieć jak będzie pracować urządzenie MEMS.

Technologia EMM wykorzystuje wyłącznie pomiary elektryczne do ustalenia właściwości mechanicznej - na przykład mierząc zmiany kapacytancji, czyli pojemności elektrycznej mikrostruktury Clarke potrafi ustalić z wysoką dokładnością kształt, sztywność czy siły działającą na mikrostrukturę. Co więcej, dzięki EMM mikrosystemy elektromechaniczne są zdolne do auto-kalibracji, tzn. do samodzielnego ustalenia jakie są ich właściwości mechaniczne, dzięki czemu stają się bardzo precyzyjnymi czujnikami. Clarke planuje wykorzystanie tej technologii do stworzenia zminiaturyzowanych, kalibrujących się samodzielnie mikroskopów sił atomowych - urządzeń, które stanowią jedno z istotnych narzędzi nanotechnologii.

Grupa Clarke'a stworzyła i przetestowała już pierwszą generację samodzielnie kalibrujących się mikrosystemów, które były w stanie wykazać obecność oddziaływań van der Waalsa i efektu Casimira.

[via Science Daily]

Leszek Karlik