Os engenheiros da Brown University desenvolveram um novo método para medir a viscosidade de superfícies em microescala. A tecnica, descrito em Anais da Royal Society A , pode ser útil na concepção e construção de sistemas microeletromecânicos (MEMS), dispositivos com partes móveis microscópicas.

Na escala de pontes ou edifícios, a força mais importante com a qual as estruturas projetadas precisam lidar é a gravidade. Mas na escala de MEMS - dispositivos como os minúsculos acelerômetros usados ​​em smartphones e Fitbits - a importância relativa da gravidade diminui, e as forças adesivas tornam-se mais importantes.

"A principal coisa que importa na microescala é o que se fixa no que, "disse Haneesh Kesari, professor assistente na Escola de Engenharia de Brown e co-autor da nova pesquisa. "Se você tem partes do seu dispositivo grudadas que não deveriam estar, não vai funcionar. Portanto, para projetar dispositivos MEMS, ajuda ter uma boa maneira de medir a aderência dos materiais que usamos. "

Isso é o que Kesari e dois alunos de graduação da Brown, Wenqiang Fang e Joyce Mok, procurou realizar com esta nova pesquisa. Especificamente, eles queriam medir uma quantidade conhecida como "trabalho de adesão, "que se traduz aproximadamente na quantidade de energia necessária para separar uma unidade de área de duas superfícies aderidas.

O principal insight teórico desenvolvido no novo estudo é que as vibrações térmicas de um micro-feixe podem ser usadas para calcular o trabalho de adesão. Esse insight sugere um método no qual um sistema de microscopia de força atômica (AFM) ligeiramente modificado pode ser usado para sondar as propriedades adesivas.

O AFM padrão funciona um pouco como um toca-discos. Um cantilever com uma agulha afiada se move através de um material alvo. Um laser mostrado no cantilever mede as pequenas ondulações que ele faz ao se mover ao longo dos contornos do material. Essas ondulações podem então ser usadas para mapear as propriedades da superfície do material.

A adaptação do método para medir a adesão exigiria simplesmente remover a ponta de metal do cantilever, deixando um micro-feixe plano. Esse feixe pode então ser abaixado em um material alvo, onde vai aderir. Quando o cantilever é levantado ligeiramente, alguma parte da viga se soltará, enquanto o resto permanece preso. A parte não fixada da viga vibrará levemente. Os autores encontraram uma maneira de usar a extensão dessa vibração, que pode ser medido por um laser AFM, para calcular o comprimento da porção descolada, que, por sua vez, pode ser usado para calcular o trabalho de adesão do material alvo.

Com pequenas modificações, um microscópio de força atômica poderia ser usado para medir a adesão em micromateriais. Crédito:Kesari Lab / Brown University Fang diz que a técnica pode ser útil na avaliação de novos revestimentos de materiais ou texturas de superfície destinadas a aliviar a falha de dispositivos MEMS por colagem.

"Assim que você tiver uma técnica robusta para medir o trabalho de adesão do material, então você tem uma maneira sistemática de avaliar esses métodos para obter o nível de adesão necessário para uma aplicação específica, "Fang disse." A principal vantagem deste método é que você não precisa alterar muito uma configuração AFM padrão para fazer isso. "

A abordagem também é muito mais simples do que outras técnicas, de acordo com Mok.

"Os métodos anteriores baseados em interferometria são trabalhosos e podem exigir a obtenção de muitos pontos de dados, "disse ela." Nosso referencial teórico daria um valor para o trabalho de adesão a partir de uma única medição. "

Tendo demonstrado a técnica numericamente, Kesari diz que o próximo passo é construir o sistema e começar a coletar alguns dados experimentais. Ele tem esperança de que tal sistema ajude a impulsionar o campo de MEMS.

"Temos acelerômetros e giroscópios MEMS, mas não acho que o campo tenha cumprido sua promessa ainda, "Kesari disse." Parte da razão para isso é que as pessoas não entenderam completamente a adesão em pequena escala. Achamos que uma forma mais robusta de medir a adesão é o primeiro passo para obter esse entendimento. "