小型多機能センサーアプリケーション向けの 3D プリントナノ共振器

小型多機能センサーアプリケーション向けの 3D プリントナノ共振器
出典: 電子工学 3Dプリンティング

マイクロエレクトロメカニカルデバイスは、マイクロメートルレベルでの機械と電子の統合に基づいています。私たちは日常生活の中で毎日それらを使います。たとえば、携帯電話には、動き、位置、電話の傾きの検出から、さまざまな送信帯域のアクティブ フィルターや電話自体のマイクに至るまで、さまざまな動作を制御するマイクロ電気機械デバイスが少なくとも 12 個あります。


さらに興味深いのは、この極限のナノスケールのマイクロデバイスは、単一分子と相互作用する感度があるため、慣性、質量、力のセンサーを作成できる可能性があるという事実です。

しかし、ナノ電気機械センサーは、従来のシリコンベースの技術の高コストによって依然として制限されています。対照的に、3D プリントなどの新しい技術では、同様の構造を低コストで固有の機能特性とともに製造できることが示されていますが、質量センサーとしての性能はこれまでのところ低いままです。

Nature Communication に掲載された記事「3D プリンターのナノメカニカル共振器でシリコンベースの NEMS 性能を実現」では、3D プリントから機械式ナノ共振器が得られる仕組みと、品質係数、安定性、質量感度、強度など、シリコンベースの共振器と比較して特定の感度値を持つ仕組みが示されています。この研究は、トリノ工科大学とエルサレム・ヘブライ大学の共同研究であり、イド・クーパースタイン教授とシュロモ・マグダッシ教授が主導している。

2光子技術により、新しい液体組成物でさまざまなナノデバイス(薄膜、カンチレバー、ブリッジ)が実現され、その後の熱処理で有機溶媒が除去され、剛性が高く分散性の低いセラミック構造が残りました。得られたサンプルはレーザードッパー振動測定法によって特性評価されました。

製造されたナノ電気機械センサーは、既存のシリコンベースのデバイスに匹敵する機械的特性を持つことが特徴とされていますが、新しい化学的および物理的機能を追加できるため、製造プロセスはよりシンプルで高速かつ多用途です。たとえば、この記事で使用されているイットリウムアルミニウムガーネット結晶 (Nd:YAG) は、赤外線領域の固体レーザー光源によく使用されます。

高速でシンプルな 3D 印刷プロセスを通じて、シリコンベースのデバイスに匹敵する複雑で小型のデバイスを製造できるこの機能は、付加製造とラピッドプロトタイピングの分野に新たな展望をもたらします。

エレクトロニクス、ナノテクノロジー、小型化

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