Схематичное изображение шагов наноковки. Металлический сплав используется для изготовления заготовок. Для получения необходимой детали, заготовка отделяется от остальных и подвергается наноковке. (источник: IOP Publishing)
Размеры устройств, состоящих из шестерёнок, сравниваются с размерами самих устройств. Для различных устройств, это отношение примерно равно 10:1. (источник: Sandia National Laboratories, SUMMiT Technologies)
Заготовка на кремниевой микро-наковальне деформируется с помощью вольфрамового микро-молота. (источник: IOP Publishing)
Самые ранние кованые изделия появились около 1600 г. до н.э., это были грубо кованые украшения из самородков металлов. Новейшие технологии, внедрённые в сфере ковки металлов, основаны на использование микро-молотов. Они позволяют вести ковку металлов на наноуровне и создавать детали для различных микро- и наносистем.
В последнее время наблюдается значительный прогресс в области нанотехнологий, однако, изготовление отдельных нанокомпонентов всё ещё остаётся серьёзной проблемой. Использование наноковки (nanoforging) даёт возможность изготовления высокопрочных металлических деталей в наномасштабе, что, в конечном счёте, делает возможным изготовление сложных микросистем путём сборки отдельных нанодеталей. Подобные микросистемы обладают размерами микроорганизмов, поэтому они смогут перемещаться внутри человеческого тела.
«Мы разработали трёхэтапный процесс изготовления металлических нанодеталей – говорит доктор Debashis Mukherji, ученый Института материалов (Institute for Materials, Technical University Braunschweig) в Германии. - Сначала мы использовали металлические сплавы, для изготовления большого количества заготовок. Затем, из металлического порошка, содержащего тысячи таких заготовок, извлекалась одна и переносилась в электронный микроскоп на микро-наковальню или пресс-форму. Наконец, используя при наноковке микро-молот, изменяли форму этой заготовки. Таким образом, отдельные высокопрочные металлические заготовки могут быть превращены в детали, размер которых порядка 100 нанометров».
Уменьшение размеров деталей и систем в целом сейчас реализуется во многих сферах производства, и тенденция к ещё более компактным деталям и устройствам не ослабевает. Сегодня интегральные схемы и MEMS изготовляются по нисходящему принципу – они сделаны из цельной заготовки, размер которой всё ещё порядка миллиметра. Использование метода восходящего проектирования для изготовления отдельных микромашин с размерами порядка микрона или нанометра всё ещё остаётся лишь теорией. Современный уровень развития науки не позволяет осуществлять подобное на практике. На сегодняшний день среднее отношение размера устройства к размеру его деталей в механических устройствах равно 10:1. Следовательно изготовление сложных по своему строению микромеханизмов требует изготовление нанодеталей.
Такие инструменты для микроманипуляций как микропипетка и лазер позволяют достаточно легко управлять микрочастицами в жидкости. Напротив, микро- и наноманипуляции в сухой среде всё ещё остаются очень сложной задачей, т.к. без жидкости сложно справиться с силами притяжения между микрочастицами. В сухой среде для движения наночастиц по поверхности используют сканирующий зондовый микроскоп (
SPM) и мобильных микро-роботов, но данный способ имеет узкую область применения. Кроме того, более совершенные инструменты, такие как микрозажимы могут позволить лучше, чем при использовании SPM, манипулировать нанообъектами.
Даже на сегодняшний день размеры самых компактных деталей из металла, полимеров или керамики лежат в диапазоне от 10 до 1000 микрометров, и изготовление отдельных нанодеталей всё ещё сложная задача.
Mukherji указывает на то, что новая технология имеет несколько преимуществ: «Мы показали, что кубикам с ребром в 400 нм из высокопрочного металлического сплава (например Ni3Al) можно придавать необходимую форму при комнатной температуре. Это представляет большой научный интерес, т.к. несколько десятилетий исследований возможности использования Ni3Al в высокотемпературных газовых турбинах показали, что данный материал сложно использовать на практике (несмотря на его привлекательные свойства при высоких температурах) из-за чрезвычайной хрупкости данного материала при комнатной температуре».
С технологической точки зрения исследования наноковки показывают, что возможно изготавливать, обрабатывать и перемещать различные заготовки, чтобы затем делать из них детали субмикронного размера. Это делает возможным изготовление сложных устройств и механизмов в микронном масштабе.
Чтобы придать заготовкам более сложную форму (например, форму шестерёнки), может понадобиться пресс-форма. Для изготовления пресс-формы на кремниевой наковальне можно использоватьэлектронно-лучевую литографию. Ответную часть пресс-формы, вырезанную на кремниевой пластине, можно, например, закрепить на ровной стороне вольфрамового молота.
Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь
В эпоху коронавируса и борьбы с ним в существенной степени меняется парадигма выполнения творческих работ и ведения бизнеса, в той или иной мере касаясь привлечения новых типов дистанционного взаимодействия, использования виртуальной реальности и элементов искусственного интеллекта, продвинутого сетевого маркетинга, использования современных информационных технологий и инновационных подходов. В этих условиях важным является, насколько само общество готово к использованию этих новых технологий и как оно их воспринимает. Данной проблеме и посвящен этот небольшой опрос, мы будет рады, если Вы уделите ему пару минут и ответите на наши вопросы.
Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.
Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся
в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.
