Die Nachfrage nach mikroelektromechanischen Systemen (MEMS), die rauen Umgebungen standhalten, wächst. MEMS auf Siliziumbasis haben unter extremen Bedingungen zu kämpfen, da ihre Leistung bei erhöhten Temperaturen begrenzt ist. Siliziumkarbid (SiC) ist eine vielversprechende Lösung, die unübertroffene thermische, elektrische und mechanische Vorteile für die Herstellung langlebiger MEMS bietet.
Trotz ihres Potenzials wird die SiC-MEMS-Entwicklung durch die Feinheiten der Massenmikrobearbeitung herausgefordert und erfordert innovative Strategien, um die Stärken von SiC bei der Herstellung robuster Geräte zu nutzen. Als Reaktion darauf haben Wissenschaftler einen Beschleunigungsmesser aus einem neuartigen Siliziumkarbid-Kohlenstoff-Nanoröhren-Verbundwerkstoff (SiC-CNT) hergestellt, der starken Umweltbelastungen standhalten kann.
Veröffentlicht In Mikrosysteme und Nanotechnik Im April 2024 enthüllt diese Forschung eine revolutionäre Materialfusion, die die Haltbarkeit von SiC mit der Vielseitigkeit und Leitfähigkeit von CNTs verbindet.
Diese Arbeit vereint die Widerstandsfähigkeit von SiC mit der Vielseitigkeit von CNTs. Der Ansatz des Teams besteht darin, ein CNT-Array zu züchten und es mittels chemischer Gasphasenabscheidung mit amorphem SiC zu verdichten, wodurch ein Material mit hervorragender mechanischer Festigkeit, überlegener elektrischer Leitfähigkeit und hoher thermischer Stabilität entsteht.
Dieser SiC-CNT-Verbundwerkstoff ermöglicht die Herstellung von Strukturen mit hohem Aspektverhältnis, die für die Empfindlichkeit und Effizienz von MEMS-Geräten entscheidend sind, und gewährleistet gleichzeitig eine robuste Leistung bei extremen Temperaturen und korrosiven Umgebungen.
Professor Sten Vollebregt, der leitende Forscher, erklärte: „Dieser Fortschritt überwindet nicht nur langjährige Herausforderungen bei der Herstellung, sondern verbessert auch die mechanischen und elektrischen Eigenschaften von MEMS-Geräten erheblich. Unsere Beschleunigungsmesser aus SiC-CNT-Verbundwerkstoff sind bereit, den Einsatz von MEMS in Umgebungen zu revolutionieren, in denen konventionelle Systeme eingesetzt werden.“ Geräte können einfach nicht überleben.
Der hergestellte kapazitive Beschleunigungsmesser demonstrierte das Potenzial des Verbundwerkstoffs für MEMS-Anwendungen, insbesondere für Geräte, die in Umgebungen mit hohen Temperaturen, hoher Strahlung und Korrosion betrieben werden müssen. Solche Beschleunigungsmesser sind für Überwachungssysteme in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau und in der Industrie von entscheidender Bedeutung, wo Zuverlässigkeit unter extremen Bedingungen von größter Bedeutung ist.
Mehr Informationen:
Jiarui Mo et al, Ein mikrobearbeiteter Oberflächenbeschleunigungsmesser mit hohem Aspektverhältnis basierend auf einem SiC-CNT-Verbundmaterial, Mikrosysteme und Nanotechnik (2024). DOI: 10.1038/s41378-024-00672-x