توضیح ویدئو: در این ویدئو زبانه هایی از برگه ی پلیمری تا می شوند تا گوشه ای از مکعب را ایجاد کنند. یک میدان مغناطیسی خارجی با جریانی که از طریق سیم های تعبیه شده در برگه عبور می کند، واکنش داده و موجب می شود برگه به سمت بالا تا بخورد.
توضیح شکل1: محققان MIT راهی را توسعه داده اند که برگه های پلیمری را به ساختارهای ساده ي سه بعدی تا بزند.
توضیح شکل2: گروهی از محققان MIT این برگه ي پلیمر را به شکل یک گوشه از مکعب تا زده اند. لبه ي هر وجه آن نزدیک 800 میکرون است.
تا کردن کاغذ برای در آوردن شکل هایی مانند جرثقیل یا پروانه به اندازه کافی برای بسیاری از مردم چالش برانگیز است. حال تصور کنید تلاش کنیم تا چیزی صد برابر نازک تر از تار موی انسان را تا کرده و از آن به عنوان یک قطعه ی الکترونیکی استفاده نماییم.
به گزارش خبرگزاري برق، الكترونيك و كامپيوتر ايران (الكترونيوز)، گروهی از محققان به رهبری جورج بارباستاتیس، استاديار مهندسی مکانیک، در حال توسعه ی اصول پایه ای "نانو اُریگامی[1]" هستند - روش جدیدی که به مهندسان اجازه می دهد مواد نانومقیاس را تا کرده و ساختار های سه بعدی بسازند. مواد ریز تا شده می توانند به صورت موتور و یا خازن در مدارها استفاده شوند و در نتیجه این پتانسیل را خواهند داشت که پیشتاز حافظه های بهتر رايانه ای، پردازنده های سریع تر و ابزارهای نانونوری جدیدتری باشند.
روش های تولید در ابعاد میکرو و نانوی سنتی مانند لیتوگرافی (حکاکی) پرتوی ایکس و یا نانونگاري برای ساختارهای دو بعدی به خوبی کارساز است و به طور عمومي برای ساخت پردازنده ها و ابزارهای میکروالکتریکی-مکانیکی (MEMS) به كار مي روند، ولی این روش ها قادر به ایجاد ساختارهای سه بعدی نیستند.
تونی نیکول، دانشجوی كارشناسي ارشد مهندسی مکانیک که روی این پروژه کار می کند، می گوید: "بیشتر آن چه که تاکنون انجام شده سطحی است. ما می خواهیم از همه ی ابزارهای مناسب که تاکنون برای تولیدهاي دو بعدی و سه بعدی توسعه داده شده است، استفاده کنیم."
گروه موسسه ی تحقیقاتی ماساچوست (MIT) از ابزارهای لیتوگرافی (حکاکی) مرسوم برای ساختن مواد دو بعدی در مقیاس نانو، جهت ايجاد الگو استفاده می کنند و سپس آنها را برای ایجاد شکل های سه بعدي از پيش تعیین شده تا می زنند. این روش حوزه ی جدیدی از کاربردهای ممکن را به روی ما می گشاید.
کوچک تر و سریع تر
در حال حاضر نيز، محققان یک خازن نانومقیاس سه بعدی به نمایش گذارده اند که با همکاری یانگ شائو-هورن، استاد MIT، توسعه یافته است و در سال 2005 در مجمع الکتروشیمی معرفی شده بود. به گفته ي نادر شار، دانشجوی كارشناسي ارشد مهندسی مکانیک که در حال کار روی این پروژه است، مدل کنونی تنها شامل یک تا است ولی می تواند تاهای بیشتری بخورد و به این ترتیب توانایی ذخیره انرژی بیشتری داشته باشد. هم چنین لایه های اضافی موجب افزایش سرعت انتقال اطلاعات می شود، دقیقا مانند مغز انسان که چین خوردگی زیاد در آن اجازه ی ارتباط سریع تری را بین ناحیه های مختلف مغز می دهد.
رسيدن به موادی که به جلو و عقب تا شوند و ساختاری آکاردئونی داشته باشند، در كنار دست يابي به سطح ها و لبه هايي كه به دقت در كنار هم به صف شوند، یکی از بزرگ ترین چالش های محققان بوده است.
گروه محققان در حال کار بر روی راه های مختلف تحریک نانومواد برای تا کردن آن ها هستند، از جمله:
- ته نشین کردن فلز (معمولا کروم) روی سطحی که قرار است تا شود. این کار موجب می شود که ماده به سمت بالا خم شود، ولی این روش اجازه ی تا زدن زوایای قائمه یا از نوع آکاردئون را نمی دهد.
- هدایت پرتوی از یون های هلیوم به جایگاه مطلوب برای تا زدن. این پرتوها در سطح ماده طرح هایی حک می کنند که موجب می شود هنگام برداشته شدن باریکه، ماده تا بخورد. پرتوهای با انرژی بالاتر با نفوذ به لایه های زیرین ماده موجب تا شدن آن به سمت بالا می شوند؛ هم چنین یون های حاصل از پرتوهای کم انرژی در سطح ماده جمع و باعث می شوند ماده به سمت پایین تا شود.
- تعبیه ی سیم هایی از طلا درون ماده. جریانی که از درون سیم های طلا عبور می کند با یک میدان مغناطیسی خارجی واکنش می دهد و " نیروی لورنتس[2]" ی ایجاد می کند که صفحه را بلند می کند. این روش شکلی از "خودسازی" هدايت شده است که در آن طراح، قالب را آماده می کند و سپس اجازه می دهد تا قطعه خود را بسازد.
این شکل های تا شده می توانند با انواع مختلفی از مواد پیاده سازی شوند از جمله سیلیکون، سیلیکون نیتراید (نوعی از سرامیک) و یک پلیمر نرم به نام SU-8.
هنگامی که ماده تا شد، قسمت رمزدار آن در جلوی سطح ها قرار می گیرد تا به طور مناسب به صف شود. محققان راه هایی را توسعه داده اند که این کار را با موفقیت انجام دهند: یکی از این راه ها استفاده از آهن ربا است و راه دیگر شامل چسباندن پلیمرهایی به یک مکان خاص روي سطح ها و ذوب کردن آن ها با جریان الکتریکی است، به طوری که دو قسمت به هم بچسبند.
اين گروه هم اکنون روی این کار می کنند که لبه ها و وجه های مكعب های تا شده را با دقت نانومقیاس ردیف کنند، اما شار، با نظارت استاديار مهندسی مکانیک، کارول لیورمور، روش امیدوار کننده ای ابداع کرده است و آن استفاده از سه جفت حفره ی منطبق بر هم و تحمیل آن ها برای کشیدن لبه ها و وجه ها به مسیر تنظیم شده است.
محققان در فاز توسعه ی ابزار های نانو- تا شده، جدی هستند، اما آنان در حال انديشيدن به اين موضوع هستند كه این فن آوری در آینده چگونه مي تواند مورد استفاده قرار گيرد. نیکول می گوید : "ما اجزاء اصلی را شناسايي كرده ايم و اکنون خوشحال خواهیم شد اگر کاربردهایی برای آن ها پیدا کنیم."
زیر نویس:
[1] اريگامي: واژه ای به زبان ژاپنی به معنی هنر تا کردن کاغذ برای ایجاد شکل های مختلف
[2] نيروي لورنتز: نيرويي كه توسط يك بار نقطه اي تجربه مي شود كه در حال حركت در طول يك سيم قرار گرفته در يك ميدان مغناطيسي است؛ اين نيرو نسبت به هر دو ميدان جريان و مفناطيسي نود درجه زاويه دارد. نيروي لورنتز مي تواند براي شناور نگه داشتن يك چيز حامل جريان بين دو آهن ربا به كار گرفته شود.
