9 июня 2016

Ученые МИФИ разработали микропинцет на основе обратимого эффекта памяти формы

НИЯУ МИФИ
Рис.1. Внешний вид микрозахвата в разомкнутом и сомкнутом состоянии.

Развитие наукоемких технологий тесно связано с миниатюризацией исполнительных элементов и микромеханических устройств на их основе. Сплавы, проявляющие эффект памяти формы (ЭПФ) и сверхупругость, идеально подходят для этих задач.

Существующие микроманипуляторы в основном представляют собой технически сложные приборы, требующие для инсталляции относительно большого пространства и значительных финансовых ресурсов, что препятствует их широкому внедрению в производство, поэтому особый интерес представляет создания новых микроустройств, основанных на других механизмах работы.

Сотрудники кафедры «Физика твердого тела и наносистем» (доцент, к.ф.-м.н. А.В. Шеляков и студент магистратуры Д.А.Рожков) разработали прототип микрозахвата (микропинцета) на основе обратимого эффекта памяти формы (ОЭПФ). Для создания микрозахвата использовался сплав TiNiCu, полученный методом быстрой закалки из расплава в виде аморфно-кристаллической ленты толщиной около 40 мкм, которая проявляет ОЭПФ на изгиб.

Изготовленные из такой ленты два элемента шириной 400-500 мкм соединялись таким образом, что в исходном состоянии между ними устанавливался зазор от 20 до 100 мкм, а при нагреве выше температуры конца обратного мартенситного превращения микрозахват оказывался в полностью сомкнутом состоянии. При этом длина захвата была около 800 мкм. Для наблюдения за работой пинцета применялся оптический или электронный микроскоп. Управление микропинцетом осуществлялось посредством устройства температурного контроля на основе элемента Пельтье, которое позволяло поддерживать заданную температуру с высокой точностью или отрабатывать заданный режим нагрева и охлаждения во времени с помощью специальной программы.

В работе исследовались временные функциональные характеристики пинцета, а также определялась взаимосвязь быстродействия пинцета с устанавливаемыми температурными режимами. Показано, что скорость срабатывания микропинцета существенно зависит как от температуры нагрева, так и от температуры предварительного подогрева. При оптимальном режиме управления время срабатывания микрозахвата составило около 1 с.

«Существующие аналоги имеют гораздо более сложную конструкцию и систему управления, а также заметно большие размеры захвата микропинцета. Кроме того, наша разработка позволяет прецизионно варьировать ширину захвата для манипуляции микрообъектами разного размера»,

– отметил Денис Рожков.

Разработанный микропинцет может быть использован, в частности, в мироэлектронике, робототехнике или микробиологии для захвата и перемещения микрообъектов различного происхождения размером от 1 до 100 мкм.