在微納米技術(shù)領(lǐng)域，制造精密微器械是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)，尤其是在要求極高的尺寸精度和表面質(zhì)量的情況下。
最近，清華大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在《Extreme Mechanics Letters》上發(fā)表的論文《An integrated push-to-pull micromechanical device: Design, fabrication, and in-situ experiment》中，展示了一種集成的推拉式微機(jī)械裝置，該裝置的設(shè)計(jì)、制造和原位實(shí)驗(yàn)為微納米尺度機(jī)械實(shí)驗(yàn)提供了新的可能性。
這項(xiàng)研究中，單色科技為在不銹鋼上切割最小筋寬為5μm的精密微器械提供了一種高效、精確的解決方案。
清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)的微納米力學(xué)測試裝置解決了傳統(tǒng)宏觀力學(xué)測試技術(shù)在納米尺度材料測試中的諸多難題，如夾持困難、載荷測量不準(zhǔn)確等，并克服了現(xiàn)有方法設(shè)備復(fù)雜、操作繁瑣且難以高精度測量的局限性。通過高精度、原位測量納米材料的力學(xué)性能，為納米材料在高端微電子器件中的應(yīng)用提供了可靠的技術(shù)支持，顯著提升了其可靠性和應(yīng)用前景，為納米技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 應(yīng)用案例 通過設(shè)計(jì)制作的原位力學(xué)拉伸裝置，對典型的納米尺度材料SiC納米線進(jìn)行了相應(yīng)的原位拉伸實(shí)驗(yàn)分析，如圖1所示，通過控制壓電驅(qū)動模塊，使得位移加載速率可以達(dá)到~10 nm/s, 保證整個(gè)拉伸過程是一個(gè)準(zhǔn)靜態(tài)拉伸過程。拉伸過程中，SiC納米線并未出現(xiàn)顯著的塑性變形，在204 s時(shí)刻，納米線突然發(fā)生斷裂。本文一共測量了三組數(shù)據(jù)，并將得到的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)在圖2當(dāng)中，和以往學(xué)者的研究結(jié)果進(jìn)行對比，在納米線位于200-400 nm直徑的范圍內(nèi)，本文的測量數(shù)據(jù)與以往測量結(jié)果一致，并且發(fā)現(xiàn)該納米線直徑越小，表現(xiàn)出模量和強(qiáng)度越強(qiáng)的特征。 圖1：SiC納米線原位拉伸過程 圖2：SiC納米線的模量以及斷裂強(qiáng)度分布
本次項(xiàng)目中，清華大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)使用了單色科技的飛秒激光精密切割設(shè)備，該設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)微納結(jié)構(gòu)的高精度加工，為微機(jī)械原位拉伸裝置的制造提供了高效、精準(zhǔn)的解決方案，助力納米材料力學(xué)性能的精準(zhǔn)測量。 傳統(tǒng)的微機(jī)械裝置制造技術(shù)，如光刻和聚焦離子束（FIB）刻蝕，雖然能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的加工，但往往成本高昂、效率低下，且在處理硬質(zhì)材料如不銹鋼時(shí)存在一定的局限性。而飛秒激光超精細(xì)冷加工技術(shù)則具有獨(dú)特的優(yōu)勢。 樣品測量數(shù)據(jù) 飛秒激光的脈沖持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)小于熱弛豫時(shí)間，加工過程中幾乎沒有熱量產(chǎn)生，俗稱“冷”加工，可以利用飛秒激光對任何材料進(jìn)行超精細(xì)切割、打孔、刻蝕等加工，可直接避免常規(guī)長脈沖激光加工過程中，材料由于熱量累積導(dǎo)致的過熱開裂、氧化、熔化等現(xiàn)象。其次，飛秒激光加工無需掩模，這不僅簡化了加工流程，還降低了制造成本。此外，飛秒激光超高的峰值功率，使得其對加工材料無選擇性，能夠處理任何材料，如金屬、非金屬、高溫合金、半導(dǎo)體、陶瓷和高分子聚合物等，這為微機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)和制造提供了更大的靈活性。
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