Investigadores financiados por SNSF han desarrollado una nueva técnica para tallar materiales para crear sistemas micromecánicos. En particular, han creado un componente de reloj minúsculo a partir de un diamante sintético de cristal único.
El diamante es muy duro y elástico, muy buen conductor térmico y muy transparente, lo que lo hace ideal para muchas aplicaciones mecánicas y ópticas. Pero cortarlo en formas complejas con precisión micrométrica (una milésima de milímetro) sigue siendo un gran desafío. Un proceso desarrollado por el equipo de Niels Quack, un profesor de SNSF en EPFL, permite tallar un sistema de reloj micromecánico, una rueda de escape de tres milímetros de diámetro y un ancla, en diamante sintético monocristalino.
El equipo de Lausana ha perfeccionado una técnica conocida como "grabado con iones reactivos" que se utiliza ampliamente en la industria de los chips de computadora. De este modo, los investigadores pueden tallar diamantes sintéticos en formas tridimensionales de 0,15 milímetros de espesor, es decir, tres veces mayor que las estructuras más gruesas existentes. "Nos estamos acercando al espesor estándar de la industria, que es de aproximadamente 0,2 milímetros ", explica Quack. "Nuestra técnica es interesante para la industria, y estamos en conversaciones con una empresa de relojes suiza. Creemos que el diamante ofrece una fricción reducida, lo que debería aumentar la reserva de energía. Ese es el tiempo que se tarda en rebobinar el reloj. Pero sigue siendo una hipótesis que debe probarse ". El diamante tiene otras ventajas para la relojería:es translúcido y se puede colorear, y además no es magnético, un atributo muy valorado en el mercado actual.
Previamente, El grabado de iones reactivos solo podría crear estructuras de 0.05 milímetros de espesor:cuando los iones (átomos cargados eléctricamente) son acelerados por un campo eléctrico, no solo eliminan las capas de diamantes en lugares seleccionados; también devoran la máscara que define la forma deseada. La profundidad de las estructuras que se pueden obtener está así limitada por la resistencia y el grosor de la máscara. En menos de seis meses, Adrien Toros, asistente científico en el Instituto de Microelectrónica de la EPFL, desarrolló una máscara de doble capa que consta de una capa de aluminio, que se adhiere bien al diamante, colocado bajo una segunda capa de dióxido de silicio, que es grueso y más resistente a la actividad iónica. El resultado es un proceso de grabado más rápido que permite y mas profundo, cortes.
Con el apoyo de Innosuisse (antes CTI), el equipo planea continuar su colaboración con el fabricante suizo de diamantes sintéticos Lake Diamond, con quien el equipo ha presentado una patente. "A medio plazo esta nueva técnica nos permitirá producir y comercializar componentes micrométricos precisos, y consecuentemente ampliar nuestro campo de actividad ", dice Pascal Gallo, el director general de la empresa.
En un segundo proyecto, los investigadores están trabajando para desarrollar componentes ópticos a partir de diamantes ultrapuros, como las lentes utilizadas en la termografía, que operan dentro del espectro infrarrojo, así como componentes láser para corte industrial.
"Cuando comenzó mi proyecto de investigación en 2015, Nunca imaginé todas las aplicaciones industriales ", dice Niels Quack. "Pero rápidamente vimos el potencial de nuestro trabajo y logramos desarrollarlo en aplicaciones prácticas gracias al apoyo de Gebert Rüf Stiftung. Para mí, esta es una ilustración perfecta de cómo la investigación básica a menudo da como resultado aplicaciones que nadie predijo, pero que sean atractivos para la industria. Es importante mantener la mente abierta ".
