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  • I sottili film diamantati forniscono nuovo materiale per le micromacchine

    Un'immagine a falsi colori di un dispositivo microelettromeccanico. L'attuatore a base di diamante è di colore oro. Credito:Ani Sumant.

    (Phys.org) — Airbag, le stampanti a getto d'inchiostro e i videoproiettori potrebbero non avere molto in comune, ma tutti e tre si affidano all'azione di tiny, dispositivi a microscala per funzionare correttamente.

    Questi dispositivi, noti come sistemi microelettromeccanici (MEMS), sono di crescente interesse per i ricercatori a causa della loro vasta gamma di applicazioni, dai microfoni ai biosensori.

    La maggior parte dell'attuale generazione di MEMS è costituita principalmente da silicio, che è dovuto in gran parte alla relativa facilità di realizzare dispositivi a base di silicio con la tecnologia attuale. Però, I MEMS a base di silicio presentano alcuni svantaggi significativi:si consumano molto rapidamente a causa dell'attrito e non sono biocompatibili, prevenendo possibili applicazioni mediche future all'interno del corpo umano.

    I ricercatori del Center for Nanoscale Materials presso l'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e una manciata di altre istituzioni in tutto il mondo si sono concentrati sull'esplorazione dei MEMS realizzati con un materiale relativamente nuovo noto come diamante ultrananocristallino (UNCD), che sono film sottili diamantati lisci e resistenti all'usura.

    "Sono necessari MEMS robusti e affidabili per azioni di scorrimento e rotazione su piccola scala, Il nanoscienziato di Argonne, Anirudha Sumant, ha affermato:"Il silicio non ha proprietà meccaniche o di usura altrettanto buone del diamante".

    Ma la relativa difficoltà di provare a creare un dispositivo MEMS dall'UNCD complica le cose. I MEMS devono essere realizzati in modo estremamente preciso, e i loro componenti non possono spostarsi fuori posto.

    L'obiettivo dell'esperimento era quello di rendere la parte di un dispositivo MEMS nota come attuatore, che in questo caso converte l'energia termica in spostamento meccanico o movimento. L'attuatore sembra una rete di fili diamantati che si espande e si contrae come un soffietto mentre viene riscaldato e raffreddato. Questa rete di filamenti di diamante è attaccata a un lungo albero, che a sua volta può essere collegato a un sistema di microingranaggi per fornire un movimento rotatorio.

    Sfortunatamente, il materiale del diamante è afflitto da stress che gli scienziati devono trovare il modo di aggirare. Il materiale è particolarmente noto per ciò che Sumant chiama "stress da compressione, " un fenomeno che si verifica perché la rete atomica del diamante non si espande molto durante la fase calda quando il film si deposita su un altro materiale. "La domanda principale che stiamo cercando di risolvere è come ridurre lo stress intrinseco in questo film, " ha detto Suman.

    Fortunatamente, molte delle proprietà del film UNCD aiutano ad alleviare lo stress. UNCD è costituito da minuscoli grani di diamante collegati da bordi di grano. "Puoi pensare a questi bordi di grano come a una rete da badminton; sono flessibili invece che rigidi, che è buono per accomodare lo stress, " Sumant ha detto. "C'è anche una granulometria uniforme dal basso verso l'alto, che è importante per mantenere basso lo stress."

    I ricercatori sono stati in grado di regolare lo stress intrinseco ottimizzando i materiali del bordo grano e lo spessore dei film.

    "Questo apre davvero le porte all'utilizzo del diamante per la fabbricazione di dispositivi MEMS avanzati, " ha detto Suman.

    Uno studio basato sulla ricerca, "Diamante ultrananocristallino a conduzione elettrica per lo sviluppo di una nuova generazione di microattuatori, " apparso nel numero del 2 maggio di Sensori e attuatori A:fisici .


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