Czujniki na wagę diamentu

Fot. Pixabay CC0

Zespół kierowany przez National Institute of Material Science (NIMS) opracował wysokiej jakości diamentowy wspornik z najwyższymi wartościami współczynnika jakości osiągniętymi kiedykolwiek w temperaturze pokojowej. Ci sami naukowcy odnieśli także sukces w opracowywaniu czujników MEMS (mikroelektromechanicznych) z jednym kryształem diamentowym, które mogą być uruchamiane i wykrywane za pomocą sygnałów elektrycznych. Doniesienia te mogą spopularyzować badania nad MEMS o znacznie wyższej czułości i niezawodności od istniejących.

W czujnikach MEMS mikroskopijne wsporniki i obwody elektroniczne są zintegrowane na pojedynczym podłożu. Układy te zostały wykorzystane w czujnikach gazu, analizatorach mas i sondach do mikroskopów skaningowych. Aby rozszerzyć ich zastosowanie o takie dziedziny jak np. zapobieganie katasfrofom i medycyna, trzeba zwiększyć ich czułość i niezawodność.

Obiecującym materiałem do zastosowania w tym celu wydaje się diament, którego stała sprężysta i mechaniczna należą do najwyższych wśród wszystkich materiałów. Jednak ze względu na twardość mechaniczną jego trójwymiarowe mikromodyfikowanie jest trudne. Sukces naukowców polegał na opracowaniu metody wytwarzania „inteligentnego cięcia".

Umożliwia ono przetwarzania tego surowca za pomocą wiązek jonowych. Wciąż jednak współczynnik wytworzonego z niego wspornika był zbliżony do tego, jakim charakteryzuje się wspornik krzemowy ze względu na obecność wad powierzchniowych. Kolejnym krokiem dla grupy było więc rozwiązanie tego problemu. Opracowała ona technikę umożliwiającą grawerowanie powierzchni diamentu w skali atomowej, dzięki czemu usunięto defekty.

Powstały wspornik poddano testom. Wartości współczynnika Q, który jest parametrem używanym do omiaru czułości wspornika, osiągnęły więcej niż milion. Było to impulsem do sformułowania nowatorskiej koncepcji właśnie urządzenia MEMS wśród najwyższych na świecie. Opracowała ona chip z pojedynczym kryształem diamentowym, uruchamiany sygnałami elektrycznymi, o bardzo dużej wydajności, czułości i zdolności do prac w dużym zakresie temperatur.

Osiągnięcia te z pewnością przyspieszą badania nad opracowaniem niezwykle czułych, szybkich, a zarazem kompaktowych czujników, które będą zdolne do rozróżniania materiałow różniących się zaledwie pojedynczą cząsteczką.

(KB)