您如何打開(kāi)和關(guān)閉先進(jìn)技術(shù)中的超小型組件?您需要一個(gè)執(zhí)行器，這是一種將電力等輸入傳輸為物理運(yùn)動(dòng)的設(shè)備。然而，迄今為止，小規(guī)模技術(shù)中的執(zhí)行器具有嚴(yán)重的局限性。例如，如果很難將執(zhí)行器集成到半導(dǎo)體電子設(shè)備中，那么該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用就會(huì)受到限制?？焖龠\(yùn)行、具有精確開(kāi)/關(guān)控制并與現(xiàn)代電子設(shè)備兼容的執(zhí)行器設(shè)計(jì)將非常有用。

在最近發(fā)表在Nano Letters 上的一項(xiàng)研究中，一個(gè)包括大阪大學(xué)研究人員在內(nèi)的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了這樣的執(zhí)行器。其靈敏度、快速開(kāi)/關(guān)響應(yīng)和納米級(jí)精度是無(wú)與倫比的。

研究人員的致動(dòng)器基于氧化釩晶體。許多當(dāng)前的技術(shù)使用氧化釩的一種稱(chēng)為相變的特性來(lái)在小型設(shè)備中引起平面外彎曲運(yùn)動(dòng)。例如，此類(lèi)致動(dòng)器可用于超小型鏡子。使用相變引起面內(nèi)彎曲要困難得多，但在例如醫(yī)學(xué)中的超小型抓手中會(huì)很有用。

“在 68°C 時(shí)，氧化釩經(jīng)歷了急劇的單斜向金紅石相變，這在微型技術(shù)中非常有用，”合著者 Teruo Kanki 解釋說(shuō)。“我們使用人字形(鋸齒)器件幾何結(jié)構(gòu)來(lái)放大晶體的面內(nèi)彎曲，并開(kāi)辟新的應(yīng)用。”

研究人員使用兩步法制造了一個(gè) 15 微米長(zhǎng)的氧化釩晶體，通過(guò)一系列 10 微米的臂連接到固定框架上。通過(guò)容易獲得的刺激(10°C 的溫度變化)引起的相變，晶體在平面內(nèi)移動(dòng) 225 納米。膨脹行為是高度可重復(fù)的，經(jīng)過(guò)數(shù)千次循環(huán)和數(shù)月。

“我們還響應(yīng)激光束在平面內(nèi)移動(dòng)了執(zhí)行器，”共同作者 Nicola Manca 和 Luca Pelligrino 說(shuō)。“開(kāi)/關(guān)響應(yīng)時(shí)間在相變溫度附近只有幾分之一毫秒，在其他溫度下幾乎沒(méi)有變化，這使我們的執(zhí)行器成為世界上最先進(jìn)的執(zhí)行器。”

如果沒(méi)有快速打開(kāi)和關(guān)閉它們的能力，諸如先進(jìn)的植入式給藥裝置之類(lèi)的小規(guī)模技術(shù)將無(wú)法工作。研究人員致動(dòng)器的基本原理——用于開(kāi)/關(guān)、平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的可逆相變——將極大地?cái)U(kuò)展許多現(xiàn)代技術(shù)的實(shí)用性。研究人員預(yù)計(jì)，他們的執(zhí)行器的準(zhǔn)確性和速度對(duì)微型機(jī)器人特別有用。

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