Mikronarzędzia do wycinania wzorów na szkle

Mikronarzędzia do wycinania wzorów na szkle

Dzięki mikroskopijnej wielkości narzędziom będzie można bez trudności wycinać dowolne wzory w kruchych materiałach, takich jak szkło czy ceramika – oznajmili naukowcy z Penn State.

Nawet wyjątkowo kruche materiały jakim jest np. szkło będzie można precyzyjnie ciąć na poziomie wielkości rzędu mikronów – oznajmił dr. Eric R. Marsh – Narzędzia do tego celu stworzone są wystarczająco małe, aby kruche materiały zachowywały się jak substancje plastyczne, tworząc dzięki temu precyzyjnie i równomiernie wycięte wzory o dowolnym kształcie.

Kruche materiały cięte w tradycyjny sposób mogą rozpadać się na duże odłamki o niekontrolowanych kształtach, albo nawet całkowicie się rozpaść. Naukowcy dążą do uzyskania pełnej kontroli procesu mechanicznego do stworzenia precyzyjnych, ściśle określonych, mikroskopijnych wzorów na kruchych materiałach.

Obecnie istnieje duże zapotrzebowanie na niewielkie kanały w szkle dla mikropłynów czy mikroskopijne wgłębienia na systemy mikroelektromechaniczne – stąd próby zbudowania tanich i szybkich metod tworzenia takich form.

Badacze przy użyciu technologii mikroelekromechanicznych skonstruowali narzędzia na bazie diamentu polikrystalicznego i karborundu, pracujące jako wiertła i młynki. Rdzeniem takiego wiertła jest karborund, a część zewnętrzną stanowi diament.

W czasie pracy, narzędzia wirują z bardzo dużą prędkością, tworząc kanały i wgłębienia. Duża prędkość obrotowa nie przekłada się jednak na szybkość pracy. Narzędzia te są tak małe i kruche, że mogą wywoływać mały nacisk, mniej więcej taki, jak w przypadku spinaczy do papieru. Aby wytworzyć jedno wgłębienie o głębokości pół milimetra potrzeba jednej godziny pracy mikronarzędzia.

Pomimo iż może się wydawać, że proces ten jest czasochłonny, to jednak jest szybszy niż obecnie stosowane techniki fotolitograficzne. Mikronarzędzia mogą zostać zaprojektowane i wyprodukowane w niecały dzień i być natychmiast gotowe do pracy. W fotolitografii istnieje wiele etapów projektowania i wdrażania do produkcji, czyniąc ją procesem bardziej czasochłonnym.

Dodatkowo fotolitografia jest zazwyczaj stosowana tylko do obróbki krzemowych mikroprocesorów lub okładek, podczas gdy nowe mikronarzędzia można z powodzeniem wykorzystać do pracy ze szkłem, różnego rodzaju szlachetnymi kryształami i wszystkimi rodzajami fluorku wapnia. Materiały te są wykorzystywane w optyce, analizach DNA i przemyśle komputerowym.

Dzięki mikronarzędziom można dodatkowo tworzyć różne kształty obrabianych materiałów, podczas gdy w litografii nie jest to możliwe. Mogą one szlifować i formować powierzchnie, jednak jak na razie nie jest jeszcze możliwe uzyskanie nanostruktur, dostępnych w litografii.

Obecnie, do operowania niewielkimi narzędziami badacze używają tradycyjnych urządzeń do obsługi dużego sprzętu, ale mają nadzieje że uda im się zbudować podobne urządzenie w zminiaturyzowanej wersji.

Badania są finansowane m.in. przez amerykańską organizację National Science Foundation.