Niezwykłe właściwości krzemu

Trudno obecnie znaleźć dziedzinę wiedzy lub gałąź przemysłu, w której nie znajduje zastosowania technologia półprzewodnikowa. Czujniki, mikrosystemy, układy scalone są obecne zarówno w zabawkach, przedmiotach codziennego użytku, jak i w skomplikowanej aparaturze naukowej, medycznej, kosmicznej. W opinii prof. Jachowicza, możliwości krzemu są niemal nieograniczone. Dowiedziono już, że „potrafi latać” (latające owady, o długości ok. 2 cm i skrzydłach z azotku krzemu zrobiono już w Cambridge). Skoro potrafi latać, może również chodzić. Prof. dr hab. Ryszard S. Jachowicz z WEiTI Politechniki Warszawskiej pokazał strukturę krzemową, która pozwala transportować mechanicznie materiał, a odwrócona - przesuwa się po stole. - Dziś jeszcze nie wiadomo, czemu by miało to służyć, ale podobna sprawa z termicznym zachowaniem materiału, który się będzie prostował i zaginał została wykorzystana w mikrorobotach. Ich chwytaki pozwalają biologom na przykład na schwytanie pojedynczych bakterii - zdradził. Skomplikowany mikrosystem można znaleźć w wielu urządzeniach codziennego użytku, choćby w drukarce atramentowej. Jak wyjaśnił prof. Jachowicz, są tam 64 działa, każde działo strzela kroplą 2 nanolitrów, a czas wystrzału to około 6 mikrosekund. System skomplikowanych mikrozaworów i grzejnik, powodują wzrost ciśnienia, a w konsekwencji - wystrzał kropli. Pod działami jest układ półprzewodnikowy, który pozwala dopompować materiał. Czujniki budowane w skali mikro to sensory. Jeżeli badacz chce zmierzyć pewne parametry otoczenia, a następnie informacje te przekształcić w sygnał elektryczny, który trafi do komputera, potrzebny mu będzie czujnik inteligentny. Dokonania inżynierów pozwalają nie tylko na wykonywanie pomiarów w nanoskali i ich analizę. Konstruktorzy potrafią wykonywać rozmaite mikrosterowniki, które będą wpływać na środowisko. Jeżeli proces technologiczny pozwala sterować zaworami, pompami, grzejnikami, to mamy już do czynienia z systemem. Mikrosystem tym różni się od czujnika, że ma zamknięte w obudowie elementy wykonawcze - siłowniki mechaniczne w skali mikro. Mikrosiłowniki wykorzystują różne rodzaje energii. Współcześnie silniki elektrostatyczne mogą się poruszać z ogromnymi częstotliwościami, nawet rzędu megaherców i wykonuje się je masowo. Służą m.in. do pozycjonowania głowicy w dyskach twardych. - Silnik elektrostatyczny w dużej skali nie istnieje. Pierwszy taki silnik został zbudowany w Berkeley University. Miał 25 tysięcy obrotów na minutę. Warto to porównać z wynikami osiąganymi w konstrukcjach makro. Silnik samochodowy jak wchodzi na obroty 7 tys. na minutę, tylko przez chwilę może je utrzymywać, bo się rozpadnie - zobrazował prof. Jachowicz. Dodał, że najnowsze mikrosilniki uzyskują nawet do 74 tys. obrotów na minutę. Umożliwia to szczelna obudowa, odpowiednie ciśnienie i brak oporów tarcia przy lewitującym wirniku. Najbardziej skomplikowane mikrosystemy mechaniczne to żyroskopy. Pierwszy czujnik do pomiaru wielkości fizycznych został opracowany w latach 70. w Stanford University w Kaliforni. Czujniki przyspieszenia są stosowane np. w samochodowych poduszkach bezpieczeństwa. W krzemie wykonywane są też czujniki ciśnienia. Mikroprzełączniki, które pozwalają działać z częstotliwością kilkuset kiloherców, są niezbędne w telefonii komórkowej. Najnowsze pozwalają przesyłać sygnały do 100 gigaherców. Ich niezawodność wyraża się liczbą 5 razy 10 do 10 potęgi przełączeń. Źródło: PAP - Nauka w Polsce