Dispositivos microeletromecânicos (MEMS) são baseados na integração de componentes mecânicos e elétricos em uma escala de micrômetro. Todos nós os usamos continuamente em nossa vida cotidiana: por exemplo, em nossos telefones celulares, há pelo menos uma dúzia de MEMS que regulam diferentes atividades que variam de monitoramento de movimento, posição e inclinação do telefone; filtros ativos para as diferentes bandas de transmissão e o próprio microfone.
Ainda mais interessante é a extrema miniaturização em nanoescala desses dispositivos (NEMS), pois oferece a possibilidade de criar sensores de inércia, massa e força com tal sensibilidade que podem interagir com moléculas únicas.
No entanto, a difusão dos sensores NEMS ainda é limitada pelo alto custo de fabricação das tecnologias tradicionais à base de silício. Por outro lado, novas tecnologias, como a impressão 3D, mostraram que estruturas semelhantes podem ser criadas a baixo custo e com funcionalidades intrínsecas interessantes, mas até o momento o desempenho como sensores de massa é ruim.
O artigo “Alcançando desempenhos NEMS baseados em silício com ressonadores nanomecânicos de impressora 3D” publicado na Nature Communications mostra como é possível obter nanorressonadores mecânicos de impressão 3D com valores de mérito, como fator de qualidade, estabilidade publicada, sensibilidade de massa e força comparável àquelas de ressonadores de silício. A pesquisa é o resultado da colaboração entre o Politécnico de Torino (Stefano Stassi e Carlo Ricciardi do Departamento de Ciência e Tecnologia Aplicada; e Mauro Tortello e Fabrizio Pirri dos grupos NAMES e MPNMT) e a Universidade Hebraica de Jerusalém, com o pesquisa de Ido Cooperstein e Shlomo Magdassi.
Os diferentes nanodispositivos (membranas, cantilever, pontes) foram obtidos por polimerização de dois fótons em novas composições líquidas, seguida de um processo térmico que remove o conteúdo orgânico, deixando uma estrutura cerâmica com alta rigidez e baixa dissipação interna. As amostras assim obtidas são então caracterizadas por vibrometria laser Doppler.
“Os NEMS que fabricamos e caracterizamos”, explica Stefano Stassi, “têm desempenhos mecânicos em linha com os dispositivos de silício atuais, mas são obtidos através de um processo mais simples, rápido e versátil, graças ao qual também é possível adicionar novos funcionalidades físico-químicas. Por exemplo, o material usado no artigo é Nd: YAG, normalmente usado como uma fonte de laser de estado sólido na faixa do infravermelho. ”
“A capacidade de fabricar dispositivos complexos e em miniatura com desempenho semelhante aos de silício”, diz Shlomo Magdassi, “por um processo de impressão 3D rápido e simples, traz novos horizontes para o campo da manufatura aditiva e da manufatura rápida.”
Publicado em 10/11/2021 18h49
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