(Phys.org) —Airbags, Es posible que las impresoras de inyección de tinta y los proyectores de vídeo no tengan mucho en común, pero los tres dependen de la acción de lo diminuto, dispositivos a microescala para que funcionen correctamente.

Estos dispositivos, conocidos como sistemas microelectromecánicos (MEMS), son de creciente interés para los investigadores debido a su amplia gama de aplicaciones, desde micrófonos hasta biosensores.

La mayor parte de la generación actual de MEMS está hecha principalmente de silicio, lo cual se debe en gran parte a la relativa facilidad de fabricar dispositivos basados ​​en silicio con la tecnología actual. Sin embargo, Los MEMS basados ​​en silicio tienen algunos inconvenientes importantes:se desgastan muy rápidamente debido a la fricción y no son biocompatibles, lo que evita posibles aplicaciones médicas futuras dentro del cuerpo humano.

Investigadores del Centro de Materiales a Nanoescala del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. Y un puñado de otras instituciones de todo el mundo se han centrado en explorar MEMS hechos de un material relativamente nuevo conocido como diamante ultraanocristalino (UNCD). que son películas delgadas de diamante lisas y resistentes al desgaste.

"Se necesitan MEMS robustos y confiables para acciones de deslizamiento y rotación a pequeña escala, "El nanocientífico de Argonne Anirudha Sumant dijo:" El silicio no tiene propiedades mecánicas o de desgaste tan buenas como el diamante ".

Pero la relativa dificultad de intentar diseñar un dispositivo MEMS de UNCD complica las cosas. Los MEMS deben fabricarse con extrema precisión, y sus componentes no pueden moverse fuera de lugar.

El objetivo del experimento era hacer que la parte de un dispositivo MEMS conocido como actuador, que en este caso convierte la energía térmica en desplazamiento o movimiento mecánico. El actuador parece una red de alambres de diamante que se expande y contrae como un fuelle a medida que se calienta y enfría. Esta red de filamentos de diamante está unida a un eje largo, que a su vez se puede unir a un sistema de microengranajes para proporcionar movimiento de rotación.

Desafortunadamente, el material del diamante se ve afectado por tensiones que los científicos deben encontrar formas de evitar. El material es especialmente conocido por lo que Sumant llama "esfuerzo de compresión, "un fenómeno que ocurre porque la red atómica del diamante no se expande tanto durante la fase caliente cuando la película se deposita sobre otro material". La pregunta principal que estamos tratando de resolver es cómo reducir la tensión intrínseca en esta película, "Dijo Sumant.

Afortunadamente, Varias de las propiedades de la película UNCD ayudan a aliviar el estrés. UNCD consiste en pequeños granos de diamantes conectados por límites de granos. "Puedes pensar en estos límites de grano como una red de bádminton; son flexibles en lugar de rígidos, que es bueno para acomodar el estrés, ", Dijo Sumant." También hay un tamaño de grano uniforme de abajo hacia arriba, lo cual es importante para mantener el estrés bajo ".

Los investigadores pudieron ajustar la tensión intrínseca optimizando los materiales del límite de grano y el espesor de las películas.

"Esto realmente abre la puerta al uso de diamantes para fabricar dispositivos MEMS avanzados, "Dijo Sumant.

Un estudio basado en la investigación, "Diamante ultraanocristalino eléctricamente conductor para el desarrollo de una próxima generación de microactuadores, "apareció en la edición del 2 de mayo de Sensores y actuadores A:Físicos .