Если вы были, чтобы взломать ваш смартфон, вы увидите множество электронных чипов и компонентов, которые располагаются на монтажной плате, как миниатюрный город. Каждый компонент может содержать еще меньше «chiplets,» одни не шире, чем человеческий волос. Эти элементы зачастую собираются с роботизированными захватами, предназначенные, чтобы подобрать компоненты и поместите их в точные конфигурации.
Как схема доски упакованы с все более мелкие компоненты, однако, возможности робототехнических захватов для обработки этих объектов приближается к пределу.
«Производство электроники требует обработки и сборки мелких деталей в размер же или меньше, чем зерна на муку», — говорит Санья Ким, бывший постдок в MIT и ученый, который работал в лаборатории машиностроения профессор Джон Харт. «Поэтому особое подъемно-решение необходимо, а не просто миниатюризации [существующие] роботизированные захваты и вакуумные системы».
Теперь Ким Харт, и другие разработали миниатюрный «electroadhesive» штамп, который может подобрать и разместить объекты, как малые, как 20 нанометров-примерно в 1000 раз тоньше, чем человеческий волос. Печать производится из разреженных лесов, с керамическим покрытием углеродных нанотрубок, расположенных, как щетинки на крошечной кистью.
Когда небольшое напряжение, приложенное к штампу, углеродные нанотрубки становятся временно снята, образуя шипы электрического притяжения, что может привлечь мельчайшая частица. Поворотом напряжение, штамп-это «прилипчивость» уходит, что позволяет освободить объект на нужное место.
Говорит Харт штемпелюя метод может быть расширен до производства установка для печати микро — и наноразмерных объектов, например, чтобы упаковать несколько элементов на все более мелкие компьютерные чипы. Методика может использоваться также для картины других небольших объектов, таких как клетки для искусственных тканей. А команда предполагает макромасштабе, биоинспирированные electroadhesive поверхностей, таких как напряжение-активированный колодки для захватывания предметы быта и Гекко-как восхождение роботов.
«Просто контролируя напряжение, вы можете переключиться поверхности, в основном с нулевым прилипанием, чтобы потянуть на что-то так сильно, в расчете на единицу площади, то оно может действовать несколько как у змеи ног», — говорит Харт.
Команда опубликовала свои результаты в журнале Science авансы.
Как высохнет скотч
Существующие механические захваты не можете подобрать объекты меньше, чем о 50 до 100 мкм, в основном потому, что при меньших масштабах поверхностных сил стремятся к победе над гравитацией. Вы можете увидеть это, когда подсыпая муку с ложкой — неизбежно, некоторые мелкие частицы прилипают к поверхности ложкой, вместо того, чтобы позволить гравитации утащить их.
«Засилье поверхностных сил над силами гравитации становится проблемой, когда пытаются точно места меньше вещей-это основополагающий процесс, при котором электроника собраны в интегрированные системы», — говорит Харт.
Он и его коллеги отметили, что electroadhesion, процесс склонных к налипанию материалов с помощью приложенного напряжения, используется в некоторых промышленных установках подобрать и разместить большие объекты, такие как Ткани, Текстиль и вся кремниевых пластин. Но это же electroadhesion никогда не применяется к объектам, на микроскопическом уровне, потому что нужен новый дизайн материал для контроля electroadhesion в меньших масштабах.
Группа Харта ранее работал с углеродными нанотрубками (УНТ) — атомы углерода связаны в узор решетки и свернуты в микроскопические трубки. УНТ известны своими уникальными механическими, электрическими и химическими свойствами, и они были широко изучены в качестве сухого клея.
«Предыдущей работы на основе УНТ сухие клеи направлена на максимизацию площади контакта нанотрубки, по существу, создать сухой скотча», — говорит Харт. «Мы приняли противоположный подход, и сказал, ‘Давайте дизайн нанотрубки поверхности, чтобы максимально уменьшить площадь контакта, но использовать электростатики для включения сцепления, когда мы нуждались в нем.'»
Липкие включения/выключения
Ученые обнаружили, что если они с покрытием УНТ с тонким диэлектрическим материалом, таким как оксид алюминия, когда напряжение прикладывается к нанотрубок, керамический слой становится поляризованным, т. е. положительные и отрицательные заряды стали временно разделены. Например, положительные заряды кончики нанотрубок, индуцированный противоположной поляризации в соседних проводящих материалов, таких как микроскопические электронного элемента.
В результате на основе нанотрубок штамп приклеен к элементу, подобрав, как крошечные, электростатический пальцы. Когда исследователи превратили напряжение, нанотрубки и элемент деполяризованного, и «липкость» ушел, позволив марку, чтобы отсоединить и поместить объект на заданной поверхности.
Команда экспериментировала с разными составами конструкций печать, изменение плотности углеродных нанотрубок, выращенных на штампе, а также толщина керамического слоя, который они использовали, чтобы покрыть каждый нанотрубки. Они обнаружили, что чем тоньше керамического слоя и более редко расположенных углеродных нанотрубок, тем выше марка по коэффициент/выкл, т. е. большую жесткость штампа, когда напряжение было на против, когда он был выключен.
В своих экспериментах команда использовала штамп, чтобы забрать и место фильмов нанопроволоки, примерно в 1000 раз тоньше человеческого волоса. Они также использовали технику подобрать и разместить замысловатые узоры из полимерных и металлических микрочастиц, а также микро-светодиоды.
Говорит Харт технологии печати electroadhesive может быть расширена до производства печатных плат и систем миниатюрные электронные чипы, а также дисплеи с микромасштабе светодиодных пикселей.
«С расширением возможностей использования полупроводниковых приборов, важную необходимость и возможность интеграции более мелких и более различных компонентов, таких как микропроцессоры, датчики и оптические устройства», — говорит Харт. «Часто, они обязательно выполнены отдельно, но должны быть объединены вместе, чтобы создать следующее поколение электронных систем. Наши технологии, возможно, мосты, необходимых для масштабируемой, экономически эффективной сборки этих систем».
Это исследование было частично поддержана Тойота исследовательский институт, Национальный научный фонд, а в MIT-Сколтех программа следующего поколения.
сделать разницу: спонсорские возможности
Ответить
Хотите присоединиться к обсуждению?Не стесняйтесь вносить свой вклад!