“性电”邮票拾取并放下微观结构



如果你要撬开智能手机,你会看到横跨电路板布局,就像一个微型城市的电子芯片和元器件的数组。每个部件可能包含更小的“小芯片”,一些不宽比人的头发。这些元件通常装配有设计成拾取部件并将其放置在向下精确配置机器人抓取器。

如电路板都挤满了以往任何时候都更小的组件,然而,机器人夹持器来操纵这些物体的能力已接近极限。  

“电子制造需要处理,并在尺寸相似或比面粉的谷物小组装小零件,”桑哈金,前ag真人平台博士后和研究科学家,谁在机械工程副教授约翰哈特的实验室工作说。 “因此需要一种特殊的拾取和放置溶液,而不是简单地小型化[现有]机器人抓取器和真空系统”。

现在金,鹿,和其他人已经开发出一种微型“性电”邮票可以拿起和地方上下对象小到20个纳米宽 - 比人的头发细1000倍左右。印模从配置等上一个微小的刷毛陶瓷 - 涂覆的碳纳米管的稀疏林制成。

二氧化硅颗粒的图案的光学图像,每次5微米的直径,且单独地拾取,并使用一个新的“电粘附”邮票放置。研究人员礼貌形象

当一个小的电压被施加到印模,碳纳米管暂时变为带电,形成电引力的刺,可以吸引一个微小颗粒。通过转动电压关闭,印模的“粘性”消失,从而使其能够释放该对象到期望的位置。

哈特说,冲压技术可以扩大到制造设置打印微米和纳米级特征,例如能够将更多的元件到更小的计算机芯片。该技术也可以被用于图案化其他小的,复杂的功能,比如细胞用于人造组织。并且,该球队设想宏观尺度,仿生电粘附表面,如用于掌握日常物品电压激活垫和用于壁虎样爬壁机器人。

“简单地通过控制电压,可以在从表面基本上有零点粘合到拉的东西如此强烈,每单位面积的基础上,它可以在一定程度像壁虎的脚开关,”哈特说。

球队今天公布了其结果在该杂志 科学的进步.

像干透明胶带

现有的机械夹持器都无法拿起比约50至100微米的物体,在主要因为小尺度表面力往往战胜重力。您可能会看到这个浇筑时面粉从勺子 - 不可避免地,一些微小的颗粒粘在勺子的表面,而不是让重力拖曳他们。

“试图精确地放置小东西的时候表面力超过重力的主导地位成为一个问题 - 这是由电子元件组装成集成系统的基本过程,”哈特说。

他和他的同事们注意到,电粘附,通过所施加的电压附着材料的过程中,已经在一些工业设置中使用取放大的物体,如织物,纺织品,和整个硅晶片上。但此相同的电粘附从未被应用到物体在微观层面,因为需要对控制电粘附在小尺度新材料的设计。

在格子状连接和轧制成微观管碳原子 - 哈特的研究小组已经预先用碳纳米管(CNT)的工作。碳纳米管是众所周知的优异的机械,电气和化学性能,他们已被广泛研究的干粘合剂。

“基于CNT-干燥粘合剂以前的工作主要集中在纳米管的接触面积最大化基本上建立一个干胶带,”哈特说。 “我们采取了相反的做法,并说,‘让我们设计一个纳米管表面,以尽量减少接触面积,但在使用静电,当我们需要打开附着力。’”

新电粘附邮票镐和地方170微米尺寸的LED小芯片,使用的30V外部电压暂时“粘”在领导。研究人员礼貌

通/断开关为粘性

小组发现,如果它们与薄介电材料,诸如氧化铝,当它们施加电压以使纳米管涂覆的CNT,陶瓷层变得极化,这意味着它的正电荷和负电荷变得暂时分离。例如,诱导了任何附近的导电材料,相对的偏振纳米管的尖端,诸如微观电子元件的正电荷。

其结果是,基于纳米管的印章附着于元件,拿起它像小,静电手指。当研究人员转向的电压关断,纳米管和元件去极化,而“粘性”走,使印模分离并放置对象到给定表面上。

球队探索邮票设计的各种配方,改变生长在邮票的碳纳米管的密度,以及它们用于涂覆每个纳米管的陶瓷层的厚度。他们发现,越薄陶瓷层和更稀疏间隔碳纳米管是,更大的邮票的开/关比,这意味着更大的印模的粘性是当电压是在,与当它是关闭的。

在他们的实验中,研究小组使用的印章拿起和地方上下纳米线的电影,每个约1000倍厚度小于人的头发。他们还使用了技术来取放聚合物和金属微粒的复杂的图案,以及微型LED。

哈特说,电粘附印刷技术可以扩大到生产电路板和微型电子芯片系统,以及显示具有微尺度导致像素。

“与日新月异的半导体器件的能力,一个重要的需求和机会是整合更小,更多样化的组件,如微处理器,传感器和光学器件,”哈特说。 “经常,这些必然分开制造,但是必须被集成在一起,以创建下一代电子系统。我们的技术可能需要桥接这些系统的可扩展性,高性价比的装配间隙“。

这项研究由丰田研究insititute,美国国家科学基金会和MIT-skoltech下一代计划部分得到了支持。