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世界最小微型房屋:20微米微结构

纳米尺度操作极其困难。涉及大量复杂材料、组装技术和机器人设计,以开发微型折纸结构。

现在,法国Femto-ST研究所科学家开发出在如此微小尺度工作的新方法。他们使用双束扫描电子显微镜(SEM)/聚焦离子束(FIB)配合6自由度机器人,制造出世界最小微型房屋。

他们首次实现精度小于2纳米的图案化和组装,这对未来机器人和光学应用有益。

如何建造?

他们在真空室内组合纳米组装组件,并安排电子显微镜观察整个过程。这很像用纸折大骰子,但需要复杂工具和技术。

研究人员用FIB(如剪刀)切割和塑造房屋的二氧化硅薄膜(纸)。将墙壁折叠到位后,用FIB气体注入系统(低功率配置)固定结构边缘。

为展示系统灵活性和精度,他们在屋顶轻溅射瓷砖图案。整个建房过程中,系统需聚焦300×300微米微小区域向二氧化硅薄膜发射离子。

两名工程师通过多台电脑操作机器人。虽部分步骤已自动化,研究人员希望未来实现完全自动化组装。

为何做此实验?

实验是展示μRobotex工作(灵活性和精度)的有趣方式——一个表征和微组装尺寸小于10微米微小结构的平台。其目标是为微纳技术科学家提供国际先进水平的竞争性设备。

借助μRobotex系统,工程师可构建功能化微结构,通过将自身微结构置于光纤上识别特定分子。这些光纤随后插入难以到达区域,如血管检测目标分子。

此外,实验结果表明,将微机器人与SEM真空室结合,提供了将洁净室设施范围扩展到用不同材料构建三维微结构的手段。

研究人员还基于纳米光子晶体、晶格、天线、碳纳米管、折纸3D生物传感器等,提出制造多种光学捕获功能的新机制。

目前,科学家正进一步增强系统;他们想构建更小结构并固定在半径小至10纳米的碳纳米管上。

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