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I dispositivi microelettromeccanici (MEMS) si basano sull'integrazione di componenti meccanici ed elettrici su scala micrometrica. Tutti li usiamo continuamente nella nostra vita di tutti i giorni:ad esempio, nei nostri telefoni cellulari ci sono almeno una dozzina di MEMS che regolano diverse attività che vanno dal monitoraggio del movimento, della posizione e dell'inclinazione del telefono; filtri attivi per le diverse bande di trasmissione e il microfono stesso.
Ancora più interessante è l'estrema miniaturizzazione su nanoscala di questi dispositivi (NEMS), perché offre la possibilità di creare sensori inerziali, di massa e di forza con una sensibilità tale da poter interagire con singole molecole.
Tuttavia, la diffusione dei sensori NEMS è ancora limitata dagli elevati costi di produzione delle tradizionali tecnologie basate sul silicio. Al contrario, nuove tecnologie come la stampa 3D hanno dimostrato che si possono creare strutture simili a basso costo e con interessanti funzionalità intrinseche, ma ad oggi le prestazioni come sensori di massa sono scarse.
L'articolo "Raggiungere prestazioni NEMS a base di silicio con risonatori nanomeccanici per stampanti 3D" pubblicato su Nature Communications mostra come sia possibile ottenere nanorisonatori meccanici dalla stampa 3D con figure di merito come fattore di qualità, stabilità pubblicata, sensibilità di massa e forza paragonabili a quelle dei risonatori al silicio. La ricerca è il risultato della collaborazione tra il Politecnico di Torino (Stefano Stassi e Carlo Ricciardi del Dipartimento di Scienze e Tecnologie Applicate; e Mauro Tortello e Fabrizio Pirri dei gruppi NAMES e MPNMT) e l'Università Ebraica di Gerusalemme, con il ricerca di Ido Cooperstein e Shlomo Magdassi.
I diversi nanodispositivi (membrane, cantilever, ponti) sono stati ottenuti mediante polimerizzazione a due fotoni su nuove composizioni liquide, seguita da un processo termico che rimuove il contenuto organico, lasciando una struttura ceramica con elevata rigidità e bassa dissipazione interna. I campioni così ottenuti vengono quindi caratterizzati mediante vibrometria laser Doppler.
"I NEMS che abbiamo fabbricato e caratterizzato", spiega Stefano Stassi, "hanno prestazioni meccaniche in linea con gli attuali dispositivi al silicio, ma sono ottenute attraverso un processo più semplice, veloce e versatile, grazie al quale è anche possibile aggiungere nuovi funzionalità chimico-fisiche. Ad esempio, il materiale utilizzato nell'articolo è Nd:YAG, normalmente utilizzato come sorgente laser a stato solido nel campo dell'infrarosso."
"La capacità di fabbricare dispositivi complessi e in miniatura con prestazioni simili a quelli in silicio", afferma Shlomo Magdassi, "mediante un processo di stampa 3D semplice e veloce, porta nuovi orizzonti nel campo della produzione additiva e della produzione rapida". + Esplora ulteriormente
