MIT用水珠就能撑起未来MEMS的一片天？
2016-12-24 09:03:24   来源：微迷   评论：0   点击：

微机电系统（MEMS）是指一系列微型器械，主要用于制造生产电子芯片及其仪器。该项技术广泛运用于当今的大众电子市场，但是有一个问题，那就是随着使用时间的增加，它们的活动部件由于长时摩擦极易磨损。

来自麻省理工学院（MIT）研究人员对此给出了一个新的解决方案，他们制造的仪器活动部件之间不再直接接触，这样便有效地防止了机器磨损与故障。

这项系统使用了一层液滴来支撑起一个可移动的微型平台。这些液滴可以是水，也可以是其他的液体。通过对液滴的尺寸形态的控制，可以精准地控制与调动微平台的运作。通过电力控制液滴就可以让该平台向上、向下或者倾斜移动。

这项研究成果的相关论文发表在《应用物理学快报》（Applied Physics Letters），论文作者包括了MIT研究生丹尼尔·普里斯顿（DanielPreston）与机械工程学副教授艾弗林·王（Evelyn Wang），以及其他五位成员。

普里斯顿解释说这项新的系统可用于仪器制造的不同阶段，例如显微镜的样品台。显微镜的对焦就可以通过调节液滴的形态来完成。

这项系统的运作方法是基于更改液滴与平台表层的接触角度。液滴在亲水的表面上会变扁，进而形成一个极小的接触角。反过来，如果材料是疏水的，那么液滴便会保持一个较完整的球体形状，从而形成一个非常大的接触角。而在某些绝缘体材料的表面，可以通过调节外加电压的方法来控制液体的“亲/疏水性”，以达到调节水珠形状来的目的。

假如材料面是疏水的，液滴便会拱起，进而将整个平台都抬高。MIT的研究者们用一层薄铜片演示了这种情况。“也就是说，我们只是调整水珠的大小与形态便可以相应的调节所需要的平台角度。”普里斯顿说道，“现在有很多实验都需要用到激光，因此我们的微动装置会给他们带来很大的帮助。”

为了能够让液滴保持形态而不至于直接滑走，研究团队把可移动微平台的底面也彻底改造了一番。尽管接触面的材料几乎都是疏水的，但是因为在其中植入了很多微小的亲水性性圆形材料，这么一来，水珠就可以安全的被“钉”在平台的表面上了。

在最初的测试里，垂直方向的精度可以达到10微米，也就是百万分之一米，而最大的操控范围则可以达到130微米。

普里斯顿介绍说：“MEMS常常因为固体表面间的接触而磨损，甚至还有可能卡住。在这么微小的运作层面上，东西非常容易坏。虽说我们这项技术并非是什么新鲜事，但是还没有用它来移动过一个平台。我们所做出的真正创新点则是在没有固体材料的链接下，成功将一个平台上下移动，甚至还可以做到改变角度。”

从原理上来看，如果用上大型的电极阵列，除了可以让平台的上下移动以外，还能实现一些更为精确的操作。比如说，这个阵列可以应用于在“芯片实验室”(Lab on a chip)，将生物样品从一个测试芯片“搬运”到下一站去。

普里斯顿还表示，这项系统能够很快用于现实中的某些特定应用上。他还补充道：“（到底会有多块）要取决于人们对此的热情，但是我个人看来这项研究的大面积使用是没有什么问题的，我想在一年之内应该就可以实现。”

加州大学的机械航空工程学教授Chang-Jin Kim虽然没有参与这项研究，但是他也指出：“在微观尺度下的操控是相当困难的，因为那些常用的发动机或者变速装置是没有微版本的，再说了，就算它们真的有，那也是相当脆弱而且摩擦力较大的。所以在这种前提下，利用液滴来充当一个机械元素也是情理之中。当然，在这项研究成为实际以前，还有一系列的问题亟需解决，但不得不说这已经是一个相当具有说服力的起点了。”

印度理工学院的纳米科学与工程中心的教授普罗森系特·森（Prosenjit Sen）对此也做出评论：“这个解决方法更简单了，因此将其应用于实际操作范畴下可以有效地节约成本。此外，液滴来支撑平台还能起到一定的避震效果，这在以前的全固态平台上时完全不可能的。”