ブラックテクノロジー!スイスの科学者が厚さわずか5ナノメートルのセンサーを3Dプリント

ブラックテクノロジー!スイスの科学者が厚さわずか5ナノメートルのセンサーを3Dプリント


微細 3D プリントの研究は世界的なトレンドになっています。最近、スイスのローザンヌ工科大学 (EPFL) がこの分野で新たな進歩を遂げました。わずか 5 ナノメートルの厚さのセンサーを 3D プリントすることに成功したのです。このセンサーは、感度と検出速度の向上により、原子間力顕微鏡の性能を大幅に向上させると言われています。

まず、原子間力顕微鏡について簡単に見てみましょう。絶縁体を含む固体材料の表面構造を研究するために使用される分析装置です。原理は、試験するサンプルの表面と小型の力感知素子との間の極めて弱い原子間相互作用力を検出することにより、物体の表面構造と特性を分析することです。特定の操作中、弱い力に非常に敏感な一対のマイクロカンチレバーの一方の端が固定され、もう一方の端の小さな針の先端がサンプルに近づきます。このとき、それらの間に相互作用が発生し、力によってマイクロカンチレバーが変形したり、運動状態が変化したりします。サンプルをスキャンする際に、センサーを使用してこれらの変化を検出し、力の分布情報を取得することで、ナノメートルの解像度で表面形態構造情報と表面粗さ情報を取得できます。

Antarctic Bear によれば、原子力顕微鏡の性能を向上させる最良の方法の 1 つは、カンチレバーを縮小して慣性を減らすことであり、EPFL がこの 5 ナノメートル厚のセンサーを作成するために使用したナノ 3D 印刷技術はまさにそれを実現するもので、カンチレバーを 100 分の 1 に縮小することさえ可能です。



EPFL がゲーテ大学の Michael Huth 教授の研究室と共同で開発した厚さ 5 ナノメートルのセンサーは、絶縁性の炭素マトリックスに包まれた導電性の高い白金ナノ粒子でできています。通常、炭素は電子をブロックしますが、ナノスケールでは量子効果によってこの状況が変わります。電子は奇跡的に絶縁材料を通過し、瞬時にナノ粒子間を移動します。そのため、センサーの形状が変化すると、ナノ粒子間の距離が大きくなり、電子がナノ粒子間を飛び回る回数が減ります。その結果生じる電流から、センサーの変形の度合いや測定対象物の組成がわかります。

現在、EPFLの研究者らはこの研究に関する論文を執筆し、「ネイチャー・コミュニケーションズ」の最新号に掲載しています。しかし、彼らにとって、そして科学界全体にとって、このナノセンサーの製造方法が最も重要です。この方法により、ターゲットの構造を正確に制御し、その特性を制御できるからです。さらに、この技術は非常に有用であり、バイオセンサーから自動車のABSセンサー、義肢や人工皮膚の触覚センサーまで、あらゆるものに応用できます。Antarctic Bear 3D Printing Networkにご注目ください。

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