Nanorisonatori creati con la stampa 3D aprono la strada a sensori miniaturizzati e multifunzionali. Un articolo pubblicato dalla rivista Nature Communications illustra l’approccio innovativo alla realizzazione di sensori sempre piĂą performanti da parte dei ricercatori del Politecnico di Torino e dell’Hebrew University of Jerusalem.
I dispositivi micro-elettro-meccanici (MEMS) sono caratterizzati dall’integrazione di componenti elettriche e meccaniche su scala micrometrica. Tutti noi ne facciamo uso in continuazione: solo nel nostro telefono cellulare ci sono almeno una decina di MEMS che regolano diverse attività , che vanno dal monitoraggio di moto, posizione e inclinazione del telefono, a filtri attivi per le diverse bande di trasmissione, fino al microfono stesso.
Estrema miniaturizzazione
Ancora più interessante è l’estrema miniaturizzazione alla nanoscala di tali dispositivi (NEMS), perché offre la possibilità di realizzare sensori inerziali, di massa e di forza con sensibilità tali da poter interagire con singole molecole.
La diffusione dei sensori NEMS è però ancora limitata dall’alto costo di fabbricazione delle tecnologie tradizionali a base silicio. D’altra parte, le nuove tecnologie come la stampa 3D hanno mostrato che si possono realizzare strutture simili a costo contenuto e con interessanti funzionalità alternative, ma ad oggi le performance come sensori di massa sono scarse.
L’articolo pubblicato su Nature Communications
L’articolo pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature Communications “Reaching silicon-based NEMS performances with 3D printed nanomechanical resonators” mostra come sia possibile ottenere nanorisonatori meccanici da stampa 3D con figure di merito quali fattore di qualità , stabilità in frequenza, sensibilità di massa e forza confrontabili con quelle dei risonatori in silicio. La ricerca sui nanorisonatori è frutto della collaborazione tra il Politecnico di Torino – con le ricerche di Stefano Stassi e Carlo Ricciardi, con Mauro Tortello e Fabrizio Pirri (gruppi NAMES e MPNMT), del Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia-DISAT – e la Hebrew University of Jerusalem – con il lavoro di Ido Cooperstein e Shlomo Magdassi.
Nanodispositivi di diverse geometrie
I nanodispositivi di diverse geometrie (membrane, trampolini, ponti) sono stati ottenuti tramite polimerizzazione a due fotoni seguita da un processo termico che rimuove il contenuto organico, lasciando una struttura ceramica dotata di alta rigidità e bassa dissipazione interna. I campioni così ottenuti sono poi caratterizzati mediante vibrometria Doppler.
“I NEMS che abbiamo progettato, realizzato e caratterizzato – spiega Stefano Stassi – mostrano prestazioni meccaniche simili agli attuali dispositivi in silicio, ma sono ottenuti mediante un processo più semplice, veloce e versatile, grazie al quale è anche possibile aggiungere nuove funzionalità chimico-fisiche. Ad esempio, il materiale utilizzato nell’articolo è Nd:YAG, normalmente utilizzato come sorgente laser a stato solido nell’infrarosso.”
“La capacitĂ di fabbricare dispositivi complessi e miniaturizzati che hanno prestazioni simili a quelli in silicio – aggiunge Shlomo Magdassi – con un processo di stampa 3D semplice e veloce, porta nuovi orizzonti nel campo della fabbricazione additiva e della produzione rapida.”
Il lavoro è stato sviluppato nell’ambito dei progetti di ricerca PRIN 2017- Prot.20172TZHYX, finanziato dal Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca (MIUR) e H2020 FET Open “Boheme”, finanziato dall’Unione Europea, dal Ministero della Scienza e della tecnologia e dalla National Research Foundation di Israele, dal Prime Minister’s Office, Singapore, nell’ambito del programma “Campus Research Excellence and Technological Enterprise” (CREATE).
