ابداع یک روش جدید برای تولید مقرون‌به‌صرفه نانوحسگرها

تاریخ : ۳۰ فروردین ۱۳۹۵

تعداد بازدید : ۸۱۷

0 امتیاز از 0 رای
نسخه چاپی
موضوعات :

برای ساخت سیستم‌های میکروالکترومکانیکی نیاز به تجهیزات گران‌قیمت است و بنابراین سرمایه‌گذاری برای تولید MEMS بسیار محدود شده است. به‌تازگی محققان دانشگاه MIT روشی جدید برای حسگرهای گازی ارائه کردند که علاوه بر مقرون‌به‌صرفه‌ بودن، نیاز به تجهیزات پیچیده و گران‌قیمت ندارد.

بازار MEMS در سال 2014 در حدود 12 میلیارد دلار بود. اما این بازار تنها مختص چندین ابزار همچون شتاب‌سنج‌هایی هست که سبب چرخش صفحه نمایش اکثر گوشی‌های هوشمند می‌شوند. این امر به این دلیل است که ساخت MEMS به صورت متداول نیازمند تجهیزات و ابزارهای پیچیده ساخت نیمه‌هادی هستند که میلیون‌ها دلار هزینه خواهند داشت. علاوه‌براین به‌دلیل اینکه یک بازار بزرگ برای MEMS وجود ندارد، سرمایه‌گذاری برای تولید MEMS جدید انجام نمی‌‌گیرد.
به‌تازگی محققان دانشگاه MIT دو مقاله ارائه داده‌اند که می‌توانند این روند را تغییر دهند. در یکی از این مقالات، محققان نشان دادند که یک حسگر گازی مبتنی بر MEMS از نقطه نظر عملکرد و کارایی با یک حسگر رومیزی که با روش‌های رایج ساخته شده باشد، برابر است
. در مقاله دیگر، پژوهشگران نشان دادند که بخش مرکزی ابزار ساخت رومیزی را می‌توان با یک پرینتر سه بعدی ساخت. این مقالات پیشنهاد می‌دهند که این نوع حسگرهای گازی MEMS را می‌توان با هزینه‌های بسیار کمتر ( یک صدم هزینه روش‌های متداول) تولید کرد. این روش ساخت بسیاری از ملزومات را که سبب گران‌قیمت بودن روش‌های ساخت MEMS می‌شوند، حذف می‌کند.
فرناندو دانشمند و محقق اصلی و نویسنده اول هر دو مقاله می‌گوید:« روش ساختی که ما ارائه دادیم، در شرایط دمای پایین و بدون فشار است. بالاترین دمایی که ما استفاده کردیم در حدود 60 درجه سانتی‌گراد است. در یک تراشه، لازم است تا یک اکسید را رشد دهید که نیازمند دماهای 1000 درجه سانتی‌گرادی است و در بسیاری از مواقع برای حذف الودگی، راکتورها نیازمند شرایط خلا بسیار بالا هستند.»
با این روش جدید ابزارها را بسیار سریع‌تر می‌توان ساخت. به‌عنوان مثال محققان ابزارهای ذکر شده در بالا را تنها در مدت زمان چند ساعت تهیه کردند.
فرناندو برای چندین سال بر روی روش‌های ساخت آرایه‌های متراکم کار کرده است. این آرایه‌های نشر‌کننده‌ هنگامی که در معرض میدان‌های الکتریکی قوی قرار می‌گیرند، جریان‌های میکروسکوپی از سیال، از خود خارج می‌کنند. برای حسگرهای گازی فرناندو و همکارش تیلور از "نشرکننده‌های از درون تغذیه شونده" استفاده کردند. این نشرکننده‌ها شامل شکاف‌های استوانه‌ای هستند که سیال از درون آنها عبور می‌کند. در این مورد، سیال شامل فلس‌های بسیار کوچک گرافن اکسید است. این محققان از نشرکننده‌های خود برای اسپری سیال به‌صورت الگوی از پیش تعیین شده بر روی بستر سیلیکونی استفاده کردند. سیال سریعاً تبخیر می‌شود و پوششی از فلس‌های گرافن اکسیدی با ضخامت چندین نانومتر باقی می‌ماند. فلس‌ها آنچنان نازک هستند که برهمکنش با مولکو‌ل‌های گاز سبب تغییر مقاومت آنها می‌شود. بنابراین از آنها می‌توان برای اندازه‌گیری استفاده کرد.
فرناندو می‌گوید:« ما حسگرهای گازی را با یک محصول تجاری که چندصد دلار هزینه داشته است، همزمان استفاده کردیم. چیزی که مشاهده کردیم این بود که این حسگرها دقیق‌تر و سریع‌تر هستند. ما برای ساخت این حسگرها هزینه‌های بسیار اندکی در حد چند سنت متحمل شدیم.»
برای تولید این حسگرها، فرناندو و تیلور از نشرکننده‌های الکترواسپری استفاده کردند که با استفاده از پروسه‌های متداول ساخته می‌شوند. با این حال به‌تازگی فرناندو استفاده از یک پرینتر سه‌بعدی با کیفیت بالا و مقرون به‌صرفه برای تولید نشرکننده‌های الکترواسپری پلاستیکی را گزارش داده است.
الکترواسپری در نهایت می‌تواند منجر به ساخت حسگرهای زیستی جدید شود. فرناندو می‌افزاید: «الکترواسپری این امکان را به ما می‌دهد تا از موادی که با حرارت بالاسازگار نیستند (همچون مولکول‌های زیستی) استفاده کنیم.»

منبع : http://news.mit.edu/2015/nanodevices-one-hundredth-cost-1218

نظر شما