Los sensores complejos extremadamente pequeños llamados dispositivos nanoelectromecánicos (NEMS) se pueden fabricar utilizando impresoras 3D a un ritmo más rápido y a un costo menor que los métodos de fabricación tradicionales.
Un artículo publicado por la revista Nature Communications ilustra el enfoque innovador para la realización de sensores cada vez más eficaces por parte de investigadores del Politécnico di Torino y la Universidad Hebrea de Jerusalem.
Los NEMS se basan en la integración de componentes mecánicos y eléctricos en una escala micrométrica. Todos los usamos continuamente en nuestra vida cotidiana: por ejemplo, en nuestro teléfono móvil existen al menos una docena de NEMS que regulan diferentes actividades que van desde la monitorización del movimiento, posición e inclinación del teléfono, filtros activos para las distintas bandas de transmisión y el propio micrófono.
Aún más interesante es la miniaturización extrema a nanoescala de estos dispositivos (NEMS), porque ofrece la posibilidad de crear sensores inerciales, de masa y de fuerza con tal sensibilidad que pueden interactuar con moléculas individuales.
Sin embargo, la difusión de los sensores NEMS todavía está limitada por el alto costo de fabricación de las tecnologías tradicionales basadas en silicio. Por el contrario, las nuevas tecnologías como la impresión 3D han demostrado que se pueden crear estructuras similares a bajo costo y con interesantes funcionalidades intrínsecas, pero hasta la fecha el rendimiento como sensores de masa es pobre.
El artículo “Alcanzando rendimientos NEMS basados en silicio con resonadores nanomecánicos de impresión 3D”, publicado en la prestigiosa revista Nature Communications, muestra cómo es posible obtener nanoresonadores mecánicos a partir de la impresión 3D y de alta calidad, estabilidad, sensibilidad de masa y resistencia. comparables a los de los resonadores de silicio.
La investigación es el resultado de la colaboración entre el Politecnico di Torino, gracias a la actividad investigadora de Stefano Stassi y Carlo Ricciardi del Departamento de Ciencia y Tecnología Aplicadas-DISAT, junto con Mauro Tortello y Fabrizio Pirri (grupos NAMES y MPNMT), y la Universidad Hebrea de Jerusalem, con la investigación de Ido Cooperstein y Shlomo Magdassi.
Los diferentes nanodispositivos se obtuvieron mediante polimerización de dos fotones sobre nuevas composiciones líquidas, seguido de un proceso térmico que elimina el contenido orgánico, dejando una estructura cerámica de alta rigidez y baja disipación interna. Las muestras así obtenidas se caracterizan luego mediante vibrometría Doppler láser.
“Los NEMS que hemos fabricado y caracterizado -explica Stefano Stassi- tienen rendimientos mecánicos en línea con los dispositivos de silicio actuales, pero se obtienen a través de un proceso más simple, rápido y versátil, gracias al cual también es posible agregar nuevos químicos- funcionalidades físicas. Por ejemplo, el material utilizado en el artículo es Nd: YAG, normalmente utilizado como fuente láser de estado sólido en el rango de infrarrojos”.
“La capacidad de fabricar dispositivos complejos y en miniatura que tienen un rendimiento similar a los de silicio. Mediante un proceso de impresión 3D rápido y simple, trae nuevos horizontes al campo de la fabricación aditiva y la fabricación rápida”, dice Shlomo Magdassi.
El trabajo se desarrolló dentro de los proyectos de investigación PRIN 2017- Prot.20172TZHYX, financiado por el Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR) y H2020 FET Open “Boheme”, financiado por la Unión Europea, y por el Ministerio de Ciencia y Tecnología de Israel. y la Fundación Nacional de Investigación, Oficina del Primer Ministro, Singapur, en el marco de su programa Campus de Excelencia en Investigación y Empresa Tecnológica (CREATE).
CITATION: Stassi, S., Cooperstein, I., Tortello, M. et al. Reaching silicon-based NEMS performances with 3D printed nanomechanical resonators. Nat Commun 12, 6080 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41467-021-26353-1
