可印刷的微型机械

微型电机械装置系统(microelectromechanical systems, MEMS)出现于纳米机械之前,它是更小的纳米机械的近亲,已经融入了许多人的生活。MEMS是尺寸小于一毫米的完整机械,它们是各种消费品的关键组件,包括:喷墨式打印机、游戏机主机平台控制器、智能手机、车内安全系统、(如安全气囊展开控制、动态稳定性控制和轮胎压力传感器),以及医药应用中的便携式血压传感器和单晶片实验室诊断。

到目前为止,MEMS最大的一个优点就是它与标准微电子制造的普遍兼容性。而它的缺点则是这些标准程序限制了可制作MEMS的材料(只能以硅为基本材料)。这使得每张芯片的价格着实很昂贵,如果它没办法适应多芯片系统、弯曲表面或弹性基片的话,也很难达到预期的效果。

其实,如果MEMS与弹性表面相结合的想法能够得以实现,就可以加快其在皮肤式传感器在车辆或人类中的应用(我猜如果将薄膜式电子传感器覆在飞机表面时,你可能就会知道航空器在飞行时所承受的巨大压力,而且在飞机起飞和降落时你可能需要将它关上……)。如果需要创造出大面积的阵列,弹性基片会是一个好方法,比如使用卷轴式印刷法。

所以由来自麻省理工学院的Vladimir Bulović领导的一组科学家就研发出了一种通过使用微接触印刷法(microcontact printing)将MEMS装置附着在弹性基片上。它的工作原理是这样的:将一层薄薄的金属薄膜按照设定好的形状镀在一片平整的塑料(聚二甲硅氧烷,PDMS)基片上,这片塑料已经事先涂上了一层有机分子脱模层,即不粘表面。之后用同样的塑料制作出一个印章,但是表面带有沟槽型的图案和导电涂层(Indium Tin Oxide)。这个印章与金属涂层接触后。然后快速地剥落施体层(就像剥落胶布一样),由于有分子脱模层,金属结构还会粘在表面有沟槽的印章上,像桥梁一样搭在背脊和压痕上,所以它可以与表面一起弯折和伸缩。将薄膜与电源或者信号传感器相连,然后就可以在驱动、压力传感和声波探测器上使用了。这种接触转印方法也解决了MEMS对材料类型的限制,大大增加了它们在装置上的适用性。

V. Bulovic et al. ; DOI: 10.1002/adma.200903034