Нанотрубки з керованою липкістю допомогли пересунути наночастинки

Вчені представили новий спосіб керованого переміщення мікро- і наночастинок, заснований на ефекті електроадгезії нанотрубок, тобто зміни сили зчеплення нанотрубок і частинок залежно від докладеної електричної напруги. Цей принцип дозволяє працювати як з металевими, так і з діелектричними тілам, а технологічне застосування методу на його основі може призвести до подальшої мініатюризації електроніки, оскільки в даний момент цей процес стримується, в тому числі, складністю зменшення роботизованих захоплень, пишуть автори в журналі.

Сучасні електронні пристрої складаються з величезної кількості крихітних елементів, які з високою точністю необхідно розмістити в потрібних місцях на платі. Сьогодні мініатюризація компонентів досягла масштабу крупинок борошна. Наприклад, найсучасніші світлодіоди для дисплеїв можуть бути до декількох мікрон у розмірі.

У багатьох випадках ці деталі переміщуються спеціальними механічними або вакуумними захопленнями. Однак у міру скорочення розмірів пристроїв дані способи утримання стають все менш ефективними, так як в мікромірі гравітація вбиває зі зменшенням тіл швидше, ніж поверхневі сили Ван-дер-Ваальса. В результаті механічні мікроманіпулятори не справляються самостійно з розміщенням деталей на розрахункових місцях і потребують додаткового зусилля, яким зазвичай є адгезія підкладки.

У роботі американських вчених під керівництвом Джона Харта (John Hart) з Массачусетського технологічного інституту описано спосіб управління адгезією підкладки, що складається з нещільного лісу покритих діелектричною керамікою вуглецевих нанотрубок. Створений авторами на основі даного принципу пристрій дозволяє маніпулювати об'єктами розміром аж до 20 нанометрів.

Додаток електричної напруги тимчасово поляризує діелектричну оболонку нанотрубок, що збільшує адгезію, за яку в даному випадку відповідає електростатика, більш ніж сторазово. В результаті ліс нанотрубок, який в нормі приблизно в 40 разів менш «липкий», ніж більшість інших твердих тіл, утворює в рази більш сильний зв'язок при додатку 30 вольт. Відповідна вимірена в експерименті сила для майданчика 200 на 200 мікрон склала 2,3 мікроньютона. Зняття напруги викликало різке зменшення адгезії.

Продемонстрований розмір захоплюваних частинок набагато менше можливостей сучасних механічних маніпуляторів, які насилу справляються з переміщенням тіл менше 50 мікрон. Також вчені відзначають, що ефект електроадгезії вже використовується в деяких промислових технологіях для переміщення великих об'єктів, таких як тканини або кремнієві пластини. Однак цей принцип ніколи раніше не застосовувався для мікроскопічних тіл.

Раніше цей же колектив вчених продемонстрував друк електронних схем з використанням нанотрубок. Також фізики розкрили «дволичність» вуглецевих нанотрубок і змогли їх охолодити постійним струмом до квантового режиму.