I RICERCATORI SVILUPPANO DISPOSITIVI NEMS ALTAMENTE SENSIBILI UTILIZZANDO LA TECNOLOGIA DI STAMPA 3D
I ricercatori del Politecnico di Torino e dell’Università Ebraica di Gerusalemme hanno utilizzato la tecnologia di stampa 3D per consentire un nuovo livello di prestazioni nei sistemi nanoelettromeccanici (NEMS).
La produzione di NEMS convenzionali basati su semiconduttori di solito comporta un processo di fabbricazione altamente complesso, in più fasi e costoso. Sebbene siano stati sperimentati metodi alternativi come la serigrafia, la goffratura a caldo, lo stampaggio a microiniezione e persino la stampa 3D, di solito sono limitati alla micro gamma (MEMS) e forniscono fattori di qualità relativamente bassa.
Qui, il team di ricerca congiunto sfrutta la polimerizzazione a due fotoni, una forma molto precisa di SLA, per stampare in 3D risonatori NEMS rigidi con prestazioni paragonabili a quelle di quelli a base di silicio. Fornendo un’alternativa praticabile ea basso costo ai risonatori a semiconduttore, il lavoro dovrebbe aprire una nuova strada verso applicazioni come i sensori di massa e di forza altamente sensibili.
Dall’inizio dell’era digitale, abbiamo investito enormi quantità di risorse nella miniaturizzazione dei nostri dispositivi elettrici ed elettronici nel tentativo di renderli più leggeri, più portatili e più facili da riporre. Questo vale per l’elettronica di consumo come gli smartphone, ma vale anche per i sistemi più orientati al settore come i dispositivi di rilevamento. Nel caso di quest’ultimo, la miniaturizzazione è in realtà anche una componente diretta della performance.
Guardando in particolare al rilevamento di massa e forza ad alte prestazioni, i limiti inferiori di sensibilità in questi tipi di sensori sono determinati da due fattori: una piccola massa del risonatore e un fattore “Q” di alta qualità.
La piccola massa consente a piccole perturbazioni di indurre grandi frequenze di risonanza, mentre il fattore Q di alta qualità significa che l’energia viene trattenuta più a lungo nella modalità di risonanza, smorzando gli effetti delle fluttuazioni di frequenza più piccole che altrimenti nasconderebbero i veri valori delle perturbazioni più grandi. Tutto sommato, questi due fattori rendono i sensori più precisi.
Sfortunatamente, ottenere masse ridotte e Q elevato in dispositivi di rilevamento su nanoscala ha storicamente richiesto approcci di produzione costosi e altamente complessi, che spesso si traducono anche in bassi rendimenti di fabbricazione. Per sfidare questo, il team di ricerca ha impiegato l’uso di una stampante 3D Nanoscribe Photonic Professional GT e un inchiostro liquido appositamente sviluppato a base di sali metallici.
Dopo aver stampato le strutture del risonatore NEMS con l’inchiostro, il team ha riscaldato i campioni in un forno tubolare per diverse ore per rimuovere il contenuto organico e aumentare la densità dei precursori metallici. Ciò ha portato a una serie di strutture ceramiche rigide con alto modulo di Young e caratteristiche di basso smorzamento.
Il team ha riferito che i loro risonatori NEMS stampati in 3D hanno fornito fattori di qualità fino a 15.000 e minuscole sensibilità di massa di 450 zg, che sono effettivamente in linea con le prestazioni dei risonatori NEMS convenzionali a base di silicio.
Ulteriori dettagli dello studio possono essere trovati nel documento intitolato ” Raggiungere prestazioni NEMS a base di silicio con risonatori nanomeccanici stampati in 3D “.
