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在我們?nèi)粘I钪,正使用著?shù)十、上百種MEMS微型器件,從智能手機(jī)中的健身計(jì)步功能,到我們汽車中的防滑控制和導(dǎo)航功能。這些MEMS器件正不斷為我們帶來(lái)生活的便利,但同時(shí)也對(duì)環(huán)境造成了巨大傷害。 MEMS生產(chǎn)技術(shù)或微機(jī)械加工技術(shù),最初是為了制造硅集成電路而開發(fā)的。這項(xiàng)技術(shù)徹底革新了電路的微型化,使功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)從半個(gè)世紀(jì)前的房子大小,縮小到我們今天能夠放進(jìn)口袋里的智能手機(jī)。 硅基MEMS制造工藝成本高,能源密集(需要高溫,并使用危險(xiǎn)化學(xué)品,如氫氟酸等)。到2020年,硅基MEMS市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)到200億美元。這些增長(zhǎng)大部分來(lái)自對(duì)射頻MEMS和生物醫(yī)療傳感器的需求推動(dòng)。 對(duì)于這個(gè)快速增長(zhǎng)的市場(chǎng),人們對(duì)硅基MEMS的成本和潛在環(huán)境影響提出了擔(dān)憂。 但是,如果MEMS微加工能夠變得經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保,并利用可再生資源甚至廢料,那該多好!據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道,Auburn University(美國(guó)奧本大學(xué))的化學(xué)工程師在這一方向取得了進(jìn)展。
該團(tuán)隊(duì)稱,懸臂梁陣列、雙端固支梁、殘余應(yīng)變計(jì)和機(jī)械強(qiáng)度計(jì)等可驅(qū)動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)MEMS器件,可通過剪切對(duì)齊的納米微晶纖維素(CNC)薄膜進(jìn)行低溫制造。這些器件的特征尺寸可小至6um,具有各向異性的力學(xué)性能。 該專利工藝中使用的低溫、水處理和等離子蝕刻工藝,意味著MEMS器件現(xiàn)在可以使用比以前更加可持續(xù)的加工方法,由可再生材料制成。 其他研究人員也在尋求替代硅基MEMS的材料,但常常會(huì)受到材料特性的限制。相比之下,CNC卓越的機(jī)械性能和易加工性,使Auburn和Clemson研究團(tuán)隊(duì)能夠制造媲美典型硅基MEMS的標(biāo)準(zhǔn)器件和小特征尺寸。他們利用硅材料三分之一的CNC材料,實(shí)現(xiàn)了相同的機(jī)械性能。 此外,該制造方法能夠?qū)崿F(xiàn)相比其他材料更可調(diào)的光學(xué)和機(jī)械性能,并且可以調(diào)整表面化學(xué)性質(zhì),實(shí)現(xiàn)要求浸沒流體的應(yīng)用。 到目前為止,該研究已獲得兩項(xiàng)可提供許可的專利。未來(lái)的研究重點(diǎn)是將該技術(shù)應(yīng)用于生物和化學(xué)檢測(cè)中的兩個(gè)特定挑戰(zhàn)。具體而言,研究團(tuán)隊(duì)感興趣的應(yīng)用包括:快速、簡(jiǎn)便且能同時(shí)檢測(cè)多種癌癥生物標(biāo)志物,以及檢測(cè)食品和水供應(yīng)中新出現(xiàn)的污染物。 |
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