定制硅微粒按需动态重新配置

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杜克大学和北卡罗来纳州立大学的研究人员展示了第一个定制的半导体微粒,这些微粒可以在悬浮在水中的同时重复配置。

在具有不同频率的交流电(AC)电场的存在下,可预测地相互作用的初始六个自定义粒子,该研究提出了实现先进应用的第一步,例如人工肌肉和可重构计算机系统。S.

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“我们已经在不同的微粒中设计并编码了多个动态响应,以创建一个可重新配置的硅工具箱,”来自杜克大学的电子工程博士生Ugonna Ohiri和该论文的第一作者说。“通过提供一种可控制地组装和分解这些粒子的方法,我们为活性物质领域带来了一种新的工具。”

虽然以前的研究人员已经致力于定义自组装系统,但很少有人使用半导体粒子,并且没有人探索广泛的定制形状、尺寸和涂层,可用于微纳米制造工业。来自硅的工程粒子提供了物理实现电子器件的机会,可以根据需要自行组装和拆卸。定制他们的形状和大小有机会探索一个广泛的设计空间,新的能动行为。

杜克大学电气与计算机工程系的J.A.琼斯教授Nan Jokerst说:“以前使用自组装粒子进行的大部分工作都是用球体和其他现成的材料来完成的。”“现在,我们可以定制任何任意形状,电气特性和图案化涂层,我们希望硅,一个全新的世界正在开放。”

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一种新的漂浮在水中的定制硅微粒的艺术表现。每个微粒被涂覆或嵌入不同类型的电气部件,使得它们在交流电场的不同频率下多次组装和重新配置。

在这项研究中,JokStter和OHIRI制造了各种形状、尺寸和电性能的硅颗粒。在NC国家化学和生物分子工程教授Orlin Velev的合作中,他们描述了这些粒子如何响应不同大小和频率的电场而浸没在水中。

基于这些观察,研究者们制造出了一批新的定制颗粒,这些颗粒很可能表现出他们正在寻找的行为,从而产生了六种不同的工程硅微粒组合物,它们可以在水中移动,使它们的运动同步,并重新进行。按需组装和拆卸。

薄膜颗粒为10微米,厚度为20微米,厚度为3.5微米。它们是用绝缘体上硅(SOI)技术制造的。由于它们可以用制造集成电路的相同制造技术制造,所以可以同时生产数以百万计的相同粒子。

Jokerst说:“这个想法是,最终我们将能够制造出不同的格式组装、拆卸、再组装的硅计算系统。”“这在未来还有很长的路要走,但这项工作提供了一种在那里的能力的感觉,并且是我们如何实现这些设备的第一个示范。”

然而,这仅仅是众所周知的冰山一角。一些粒子用p型和n型区域制造,以产生p-n结,使电能仅在一个方向上通过。微小的金属图案也被放置在粒子的表面上,以产生具有接触的p-n结二极管。将来,研究人员甚至可以用其他导电或绝缘材料、复杂的集成电路或硅上或硅上的微处理器来设计具有图案的粒子。

“这项工作只是我们控制粒子动力学的工具的一个小快照,”Ohiri说。“我们甚至没有触及到我们可以设计的所有行为的表面,但是我们希望这一多学科的研究能够开拓未来的研究来设计人工活性材料。”

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