微型電子設備中的微電子機械系統(tǒng),,即MEMS經(jīng)常由于磨擦吸附力(在物體表面相互磨擦產(chǎn)生的吸引力)而失效。美國阿肯色大學的科學家研究出一種“表面-外形”技術手段來降低這種力從而使微型部件間的相互影響減弱,,使其能正常工作,。
機械工程系助理教授鄒敏(音譯)說:“在MEMS設備中解決磨擦吸附力有兩種途徑,一種是化學方法——即在表面使用化學藥劑來減弱磨擦力;另一種就是外形技術,,這種方法很簡單,,我們設計的納米凸起可以降低物體表面的接觸面積。”
這一項目的目標是制造一個疏水表面,,用通用工程基準來說的話就是“水接觸角”,,疏水性指的是水形成水珠或者水球的過程,就如同雨落在汽車擋風玻璃上的樣子(這是用化學手段實現(xiàn)的),。水接觸角是一種用來衡量水珠大小的標準,,水接觸角大于90度的話就可以被認作是疏水的,如大于150度的話則可稱作“超疏水”,。當水接觸角近似180度時,,水珠會形成一個近似的球面,接觸面積是小的,。
只用外形技術手段,,鄒的研究小組成功的制造了水接觸角高達137度的硅表面,還從未有其他科學家在不使用化學藥劑的前提下實現(xiàn)過更高的水接觸角,。鄒的研究小組還將表面外形技術和化學手段結合起來進行研究,,在這項研究中他們實現(xiàn)了大于150度的水接觸角,從而制造出超疏水表面,。
鄒的研究小組是從無定形硅(沒有固定結晶形態(tài)和形狀的硅)的研究開始的,。研究者用鋁誘導結晶,使之成為納米晶?;蛭⒕Я?,形成“粗糙”表面。用常規(guī)爐采用退火手段(加熱和冷卻)誘導無定形硅結晶化,。
鄒說:“我們證實了通過控制退火的溫度和時間,能夠控制納米顆粒覆蓋的表面面積”
除了電子設備,,研究還可應用于生物醫(yī)學設備,。不僅如此,它還進一步深化了對磨擦學的理解,,這項對磨擦的研究,,包括接觸面相對運動產(chǎn)生的磨損和潤滑,可應用于齒輪,、軸承以及電腦硬件中的磁頭表面,。
鄒的這項研究1月發(fā)表于美國機械工程學會召開的微型和納米系統(tǒng)集成與工業(yè)化大會上,并獲得了大會的*論文獎,。
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