寧波材料所3D微打印技術應用取得新進展
三維微機電系統(tǒng)（MEMS）具有體積小、重量輕、能耗低、靈敏度高等特點，在精密機械、生物醫(yī)療、國防、航空航天、核工業(yè)等領域有廣泛的應用。MEMS系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要包括微型傳感器、微型執(zhí)行器和處理電路三部分，其中關鍵部件微執(zhí)行器主要采用物理或化學氣相沉積、光刻等技術制作成二維懸臂結(jié)構(gòu)，三維微納驅(qū)動單元需要進一步通過機械提拉作用才能形成準三維結(jié)構(gòu)。隨著器件小型化的發(fā)展，單元密度不斷提高，傳統(tǒng)的二維加工技術不僅制程長、工藝復雜，而且結(jié)構(gòu)單一，不能同時控制微納米驅(qū)動單元(如懸臂梁)的尺寸、位置和取向，嚴重影響集成度和工作速度的進一步提高。
微納功能材料與器件課題組在三維微納結(jié)構(gòu)制造系統(tǒng)的基礎上，通過多材料微打印技術制造了靜電控制的三維微機械開關(該技術已申請發(fā)明專利：2014106929420)。研究人員首先通過直寫技術制作了由成對彎曲銅納米線構(gòu)成的微開關，結(jié)合理論分析結(jié)果，研究了銅納米線器件受靜電場影響發(fā)生形變的規(guī)律，并對三維開關系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進行了重新設計。與傳統(tǒng)的單一可動懸臂梁組成的微執(zhí)行器不同，三微微機械開關由兩個可動終端部分組成(如圖所示)。由于該機械開關柔韌性好，驅(qū)動電壓可達到6.4V以下，相比于傳統(tǒng)MEMS器件降低了64%以上。該三維微機電開關可用于三維芯片控制電路、汽車航天工業(yè)中的加速度開關等，也可以結(jié)合電路設計構(gòu)筑邏輯控制元件，特別是針對MEMS開關的集成化和小型化要求，可進一步與響應性納米材料選擇性復合，通過電學特性和系統(tǒng)響應性結(jié)合制造微納精度的可控和可響應性高度集成納米系統(tǒng)。
三維微執(zhí)行器
三維微執(zhí)行器開關特性
三維微打印技術打破傳統(tǒng)加工工藝的限制，可以采用逐層堆積的方式快速精密地直接制造出任意復雜形狀的三維微結(jié)構(gòu)和器件。在工藝上，三維微米線線的直寫過程在常規(guī)條件下進行，避免了深度刻蝕以及反復的光刻鍍膜工藝，工藝簡單，從器件加工周期到材料成本都明顯降低。目前，通過該技術可以直接加工特征尺寸達200 nm以下的三維微結(jié)構(gòu)，可用材料包括金屬、玻璃和導電高分子等。研究人員相信隨著該工藝的進一步優(yōu)化，特征尺寸進一步降低以及加工速度有效提高，將對三維芯片直接成型和三維集成技術的快速發(fā)展具有重要意義。
（納米事業(yè)部 郭建軍）