微機電系統由微米級機械和電子元件所組成,在日常生活中屢見不鮮,例如我們的手機中有至少十幾個微機電系統以調節不同的功能,包括手機的運作、位置和傾角監測,以及不同傳輸波段與麥克風的主動濾波器。近年來這些微機電系統已發展至奈米等級,不但提供了創造慣性、質量和力量感測器的可能性,其靈敏度也因而提升且能夠與單個分子產生相互作用。微機電系統感測器的普及仍然受到傳統矽技術的高製造成本限制,雖然3D列印等新技術顯示可以以低成本和進階的內在功能創造類似結構,但目前為止作為質量感測器的性能仍舊不佳。
發表在國際期刊《Nature Communications》的研究「使用3D列印技術的奈米機械共振器實現矽微機電系統性能(註一)」展示了如何透過3D列印獲得具有品質因數、已發表穩定性、質量靈敏度和強度等可與矽共振器相媲美的機械奈米共振器。這項研究是由都靈理工大學以及耶路撒冷希伯來大學的Ido Cooperstein和Shlomo Magdassi的共同研究成果。
不同的奈米器件是透過在新的液體混合物上進行雙光子聚合獲得的,接著再利用熱處理去除有機物,留下具有高硬度且低內部耗散的陶瓷結構,得到的成品最後會透過雷射多普勒振動計進行分析。Stefano Stassi解釋,我們製造和分析的微機電系統具有與目前矽器件一致的機械性能,但它們是利用更簡單、快速且通用的技術製作而成的,因此還可以添加新的化學與物理功能。例如研究中使用的材料便是Nd:YAG (銣:釔鋁單斜晶體),通常用作紅外線範圍內的固態雷射光源。Shlomo Magdassi表示,透過快速簡單的3D列印製造性能與矽器件相似的技術,將為微機電系統的複雜度與微型設備增添更廣泛的應用價值。
(註一) https://www.nature.com/articles/s41467-021-26353-1
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