Киригами помогло вырезать из нитрида кремния наноразмерные подвижные «лепестки»

Xu Zhang et al. / Advanced Materials, 2020
Американские материаловеды научились создавать с помощью техники киригами наноразмерные структуры с изгибающимися элементами. Они обнаружили и описали зависимость поведения этих элементов от параметров выреза, в том числе симметричность их движения. Потенциально результаты можно использовать для создания микроэлектромеханических устройств, рассказывают авторы статьи в Advanced Materials.
Киригами — это метод создания объемных фигур из одного листа бумаги с помощью надрезов и изгибов в нужных местах без использования клея или дополнительных листов. Ученые и инженеры много раз использовали метод в своих разработках, например, для растягивания конструкций без ущерба их свойствам. У фигур киригами есть и другие особенности: в некоторых фигурах из-за надрезов образуются фрагменты, которые могут двигаться при растяжении листа или других воздействиях, например, облучении ионами.
Как правило, в таких статьях авторы используют основные движущие элементы по размеру несопоставимые с толщиной листа. Американские ученые под руководством Орасио Эспиноса (Horacio Espinosa) из Северо-Западного университета и Даниэля Лопеза (Daniel Lopez) из Университета штата Пенсильвания описали метод создания и свойства киригами структур, в которых, в отличие от предыдущих подобных работ, размеры надрезов и ключевых узлов имеют примерно такие же размеры, как и толщина листа. В качестве модельной структуры авторы выбрали схему, состоящую из двух П-образных и двух Т-образных вырезов, расположенных на листе друг напротив друга:
Такая структура состоит только из линейных продольных и перпендикулярных (в плоскости листа) надрезов, поэтому ее достаточно просто создать, используя метод фокусируемого ионного пучка, при котором мощный поток ионов с высокой энергией выбивает атомы из материала и тем самым создает вырез. Ученые использовали напыленные листы из нитрида кремния толщиной 50, 100 и 200 нанометров и размером 100 на 100 микрометров.
Авторы отмечают, что поскольку статья посвящена поведению структур на стыке нанометрового и микрометрового масштаба, результаты могут пригодиться при создании актуаторов в микроэлектромеханических устройствах. К примеру, напряжение в плоскости можно задавать не на этапе создания пластины, а позже, и тем самым управлять движением «лепестков», что можно использовать в микроразмерных захватах и других механических устройствах.
Микроэлектромеханические системы — одна из крупных областей материаловедения и технологий последних лет. Во-первых, потому что это позволяет уместить сложные датчики, например, гироскопы, в небольшом объеме. А во-вторых, потому что это красиво — оценить это можно в нашем материале-галерее «Когда меньше — лучше».
Григорий Копиев