Нанотрубки с управляемой липкостью помогли передвинуть наночастицы

Схема работы нового захвата
S. Kim et al. / Science Advances, 2019

Ученые представили новый способ управляемого перемещения микро- и наночастиц, основанный на эффекте электроадгезии нанотрубок, то есть изменения силы сцепления нанотрубок и частиц в зависимости от приложенного электрического напряжения. Этот принцип позволяет работать как с металлическими, так и с диэлектрическими телам, а технологическое применение метода на его основе может привести к дальнейшей миниатюризации электроники, так как в данный момент этот процесс сдерживается, в том числе, сложностью уменьшения роботизированных захватов, пишут авторы в журнале Science Advances.

Современные электронные устройства состоят из огромного количества крошечных элементов, которые с высокой точностью необходимо разместить в нужных местах на плате. Сегодня миниатюризация компонентов достигла масштаба крупинок муки. Например, самые современные светодиоды для дисплеев могут быть до нескольких микрон в размере.

Во многих случаях эти детали перемещаются специальными механическими или вакуумными захватами. Однако по мере сокращения размеров устройств данные способы удержания становятся все менее эффективными, так как в микромире гравитация убывает с уменьшением тел быстрее, чем поверхностные силы Ван-дер-Ваальса. В результате механические микроманипуляторы не справляются самостоятельно с размещением деталей на расчетных местах и нуждаются в дополнительном усилии, которым обычно является адгезия подложки.

В работе американских ученых под руководством Джона Харта (John Hart) из Массачусетского технологического института описан способ управления адгезией подложки, состоящей из неплотного леса покрытых диэлектрической керамикой углеродных нанотрубок. Созданное авторами на основе данного принципа устройство позволяет манипулировать объектами размером вплоть до 20 нанометров.

Приложение электрического напряжения временно поляризует диэлектрическую оболочку нанотрубок, что увеличивает адгезию, за которую в данном случае отвечает электростатика, более чем стократно. В результате лес нанотрубок, который в норме примерно в 40 раз менее «липкий», чем большинство других твердых тел, образует в разы более сильную связь при приложении 30 вольт. Соответствующая измеренная в эксперименте сила для площадки 200 на 200 микрон составила 2,3 микроньютона. Снятие напряжения вызывало резкое уменьшение адгезии.

Продемонстрированный размер захватываемых частиц намного меньше возможностей современных механических манипуляторов, которые с трудом справляются с перемещением тел менее 50 микрон. Также ученые отмечают, что эффект электроадгезии уже используется в некоторых промышленных технологиях для перемещения крупных объектов, таких как ткани или кремниевые пластины. Однако этот принцип никогда ранее не применялся для микроскопических тел.

Ранее этот же коллектив ученых продемонстрировал печать электронных схем с использованием нанотрубок. Также физики раскрыли «двуличность» углеродных нанотрубок и смогли их охладить постоянным током до квантового режима.

Тимур Кешелава

Источник: N+1