Iepriekšējo rakstu jau veltīju tēmai par griezumiem ar CNC mašīnas, bet tagad mēs ejam soli tālāk, un es mēģināšu molekulārās griešanas jautājums, kas ir jauns griezuma veids, ko ļāvušas jaunās tehnoloģijas un kas ļauj veikt ļoti sarežģītus griezumus ar gandrīz nevainojamu precizitāti.
Patiesībā tāds ir precizitāte, kas dažos sociālajos tīklos ir kļuvis gandrīz par vīrusu parādību, jo videoklipi ir gandrīz hipnotiski, kā jūs redzēsiet vēlāk...
Kas ir molekulārā griešana?
Rūpniecības sektorā arvien vairāk tiek meklētas jaunas tehnoloģijas, kas ļauj pamatlietas paveikt efektīvāk un optiskāk, un šajos precizitātes un kontroles meklējumos manipulācijās ar vielu ir sasniegti jauni un arvien aizraujošāki līmeņi. Viņš Molekulārā griešana, kas pazīstama arī kā fokusēta jonu staru ablācija vai FIB (fokusēts jonu stars), parādās kā neaizstājams instruments, lai izpētītu un modificētu materiālus nanometriskā mērogā.
Tā ir tehnika, kas izmanto fokusētu jonu staru, lai veidotu materiālus ar nepieredzētu precizitāti, likvidējot materiālu atsevišķu atomu vai molekulu līmenī. Šī tehnika ir balstīta uz mijiedarbību starp augstas enerģijas joniem un mērķa materiāla atomiem, kas izraisa atomu sadalīšanos un likvidēšanu, kā rezultātā veidojas dobums vai trīsdimensiju struktūra ar vēlamo formu.
El molekulārās griešanas veiktspēja To var iedalīt trīs galvenajos posmos:
- Jonu ģenerēšana: jonu staru ģenerē, jonizējot atomus vai molekulas, parasti izmantojot jonu avotu, piemēram, izsmidzināšanas jonu lielgabalu vai plazmas avotu.
- Fokuss un paātrinājums: ģenerētie joni tiek fokusēti un paātrināti līdz lielām enerģijām, parasti enerģijas diapazonā starp keV un MeV, izmantojot optisko vai elektrostatisko sistēmu. Jonu kinētiskā enerģija nosaka iekļūšanas dziļumu mērķa materiālā, un visspēcīgākais spēj iekļūt vairākus centimetrus pat cietākajos metālos.
- Mijiedarbība ar materiālu: fokusētais jonu stars iedarbojas uz mērķa materiālu, mijiedarbojoties ar tā atomiem. Šī mijiedarbība var izraisīt atomu sadalīšanos un likvidēšanu, kā rezultātā veidojas dobums vai trīsdimensiju struktūra ar vēlamo formu.
Tiešām tehnika nav jauna, jau tika izmantots tādās nozarēs kā pusvadītāji gravēšanai vai materiālu uzklāšanai, tomēr šīs iekārtas pilnveidošana ir ļāvusi tai veikt lēcienu arī citās rūpniecības nozarēs, piemēram, tajās, kas ražo sarežģītas metāla detaļas, starp citiem.
Molekulārā griešana ir paņēmiens, kas nepārtraukti attīstās un ar lielu potenciālu var mainīt dažādas zinātnes un tehnoloģijas jomas. Jonu ģenerēšanas, fokusēšanas un staru kūļa kontroles sasniegumi nodrošinās vēl augstāku precizitātes un izšķirtspējas līmeni. Turklāt molekulārās griešanas metožu integrācija ar citām mikrofastrādes instrumenti pavērs jaunas iespējas nanometrisko ierīču un konstrukciju radīšanai ar vēl nebijušām īpašībām un funkcionalitāti. Šāda veida ierīces kļūst ātrākas un lētākas, lai gan lielākajai daļai mirstīgo tām joprojām ir pārmērīgas cenas, taču, kas zina, vai kādreiz tās būs pietiekami lētas lietošanai mājās, vai varbūt tās tiks integrētas nākotnes 3D printeros, lai uzlabotu piedevu ražošanu...
Molekulārās griešanas priekšrocības
Molekulārā griešana piedāvā virkni priekšrocības salīdzinājumā ar citām griešanas metodēm, piemēram, apstrāde, litogrāfija utt., piemēram:
- Ekstrēma precizitāte: ļauj strādāt nanometru mērogos ar izšķirtspēju līdz dažiem nanometriem.
- Elastīgums- Var izmantot dažādu materiālu, tostarp metālu, pusvadītāju, polimēru un pat bioloģisku materiālu, veidošanai, kā arī pilnīgai griešanai.
- Precīza kontrole: ļauj izveidot sarežģītas trīsdimensiju struktūras ar lielu precizitāti un detaļām, ļaujot ražot uzlabotas detaļas.
- nav kontakta: nav nepieciešams fizisks kontakts ar materiālu, kas samazina bojājumus un piesārņojumu, jo var rasties cita veida griezumi, ja mēs tos skatāmies ar mikroskopu, piemēram, griezumi, izmantojot zāģus, plazmu utt., tie visi atstāj daudz acīmredzamākus atzīmes, papildus tam, ka tiek likvidēts lielāks materiāla daudzums, kas nozīmē, ka tās neatbilst tik precīzi.
Molekulārās griešanas pielietojumi
Molekulārais griezums atrod pielietojums plašā jomā, ieskaitot:
- Nanoražošana- Izmanto, lai izveidotu miniaturizētas elektroniskas ierīces, sensorus, izpildmehānismus un citas nanomēroga struktūras, piemēram, MEMS vai NEMS ierīces.
- Materiālzinātne: ļauj pētīt materiālu struktūru un īpašības nanometriskā līmenī.
- bioloģija un medicīna: izmanto, lai manipulētu ar šūnām, audiem un citiem bioloģiskiem materiāliem vai veiktu ļoti precīzas iejaukšanās ar nelielu bojājumu.
- Ierīces remonts: ļauj labot defektus elektroniskajās ierīcēs un citos miniatūros komponentos.
- Māksla: Ņemot vērā šo griezumu nevainojamību, var izveidot patiesus mākslas darbus — puzles, kas lieliski sader kopā, vizuāli nešķiet, ka gabalā ir iegriezums, piemēram, piemēros, ko redzējāt pirmajā videoklipā.
Alternativas
Molekulārajam griezumam ir citas alternatīvas nozarē, daudz lētāk, bet arī ar daudz zemāku precizitāti. Piemēram, mums ir jāuzsver:
- Litogrāfija: Litogrāfija ir paņēmiens, ko plaši izmanto integrālo shēmu un citu mikroelektronisko ierīču, kā arī MEMS ražošanā. Lai to padarītu iespējamu, tiek izmantota iekārta, kas izlaiž gaismu (ir arī alternatīvas fotolitogrāfijai, piemēram, EBL vai elektronu staru litogrāfija), lai mainītu gaismjutīga materiāla īpašības un pēc tam uzbruktu tam procesus skābes vannās, un tādējādi izgrebt vēlamās daļas, pat līdz griezumam. Tas nodrošina augstu izšķirtspēju, taču ir arī ļoti sarežģīti un dārgi, jo ir nepieciešamas iekārtas, lai to ražotu ar augstu izšķirtspēju.
- Elektriskās izlādes apstrāde (EDM): ir apstrādes tehnika, kas izmanto elektrisko izlādi materiāla erozijai. Tas ir balstīts uz principu, ka elektriskā enerģija tiek koncentrēta nelielā telpā, radot plazmas kanālu, kas kūst un iztvaiko materiālu. Priekšrocības ir tādas, ka tos var pielietot dažādiem materiāliem, ļaujot izveidot sarežģītas trīsdimensiju formas, un tam nav nepieciešams kontakts kā FIB, tomēr tam nav tik augstas precizitātes kā molekulārajai griešanai, tā ātrums ir diezgan lēni, un tas rada lielu daudzumu siltuma, kas var sabojāt jutīgus materiālus.
- lāzergriešana: Tā ir tehnika, kas ļauj griezt arī ar augstu precizitāti, lai gan ne tik daudz kā molekulāros griezumus. Tā piedāvā arī ātru prototipu izveidi un sarežģītas ģeometrijas, taču griežamajiem materiāliem un dziļumiem var būt ierobežojumi.