Imagem microscópica de campo claro de um VO 2 atuador planar tipo chevron. Sobreposição em cor falsa da ponta da lançadeira em baixa e alta temperatura. Barra, 1μm. Crédito:Universidade de Osaka
Como você liga e desliga um componente ultrapequeno em tecnologias avançadas? Você precisa de um atuador, um dispositivo que transmite uma entrada, como eletricidade, em movimento físico. Contudo, atuadores em tecnologias de pequena escala até o momento têm limitações críticas. Por exemplo, se for difícil integrar o atuador na eletrônica de semicondutores, as aplicações da tecnologia no mundo real serão limitadas. Um projeto de atuador que opera rapidamente, tem controle liga / desliga preciso, e é compatível com a eletrônica moderna seria imensamente útil.
Em um estudo publicado recentemente em Nano Letras , uma equipe incluindo pesquisadores da Universidade de Osaka desenvolveu esse atuador. Sua sensibilidade, resposta rápida de ligar / desligar, e a precisão em escala nanométrica são incomparáveis.
O atuador dos pesquisadores é baseado em cristais de óxido de vanádio. Muitas tecnologias atuais usam uma propriedade do óxido de vanádio conhecida como transição de fase para causar movimentos de curvatura fora do plano em dispositivos de pequena escala. Por exemplo, tais atuadores são úteis em espelhos ultrapequenos. Usar a transição de fase para causar flexão no plano é muito mais difícil, mas seria útil, por exemplo, em garras ultrapequenas na medicina.
"A 68 ° C, o óxido de vanádio passa por uma transição de fase acentuada de monoclínica para rutilo que é útil em tecnologias de microescala, "explica o co-autor Teruo Kanki." Usamos uma geometria de dispositivo tipo chevron (dente de serra) para amplificar a curvatura no plano do cristal, e abrir novos aplicativos. "
Usando um protocolo de duas etapas, os pesquisadores fabricaram um cristal de óxido de vanádio com 15 micrômetros de comprimento fixado por uma série de braços de dez micrômetros a uma estrutura fixa. Por meio de uma transição de fase causada por um estímulo prontamente atingível - uma mudança de temperatura de 10 ° C - o cristal se move 225 nanômetros no plano. O comportamento de expansão é altamente reproduzível, ao longo de milhares de ciclos e vários meses.
Ilustração do experimento:Um diodo laser azul (LD), controlado por um gerador de forma de onda (WG), é focalizado no meio do ônibus espacial enquanto um ponto de laser vermelho cobre parcialmente sua ponta. A luz vermelha refletida é coletada por um fotodiodo (PD) e o sinal elétrico resultante é monitorado por um osciloscópio (Osc) e a resposta de frequência do dispositivo em estudo. Frequência de corte, ~ 2 kHz. O dispositivo é termalizado a 50 ° C durante a excitação com o laser azul. Adquirimos pontos de dados manualmente, e não observou nenhuma deriva apreciável ao longo do tempo, indicando reprodutibilidade ao longo de milhares de ciclos. Crédito:Universidade de Osaka
"Também movemos o atuador no plano em resposta a um feixe de laser, "diz Nicola Manca e Luca Pelligrino, co-autores. "O tempo de resposta liga / desliga foi uma fração de milissegundo perto da temperatura de transição de fase, com pouca mudança em outras temperaturas, o que torna nossos atuadores os mais avançados do mundo. "
Tecnologias de pequena escala, como dispositivos avançados de administração de medicamentos implantados, não funcionariam sem a capacidade de ligá-los e desligá-los rapidamente. O princípio subjacente do atuador dos pesquisadores - uma transição de fase reversível para ligar / desligar, movimento no plano - expandirá dramaticamente a utilidade de muitas tecnologias modernas. Os pesquisadores esperam que a precisão e a velocidade de seu atuador sejam especialmente úteis para a micro-robótica.
