用于快速灵敏超小型技术的新开关功能

您如何打开和关闭先进技术中的超小型组件?您需要一个执行器，这是一种将电力等输入传输为物理运动的设备。然而，迄今为止，小规模技术中的执行器具有严重的局限性。例如，如果很难将执行器集成到半导体电子设备中，那么该技术的实际应用就会受到限制。快速运行、具有精确开/关控制并与现代电子设备兼容的执行器设计将非常有用。

在最近发表在Nano Letters 上的一项研究中，一个包括大阪大学研究人员在内的团队开发了这样的执行器。其灵敏度、快速开/关响应和纳米级精度是无与伦比的。

研究人员的致动器基于氧化钒晶体。许多当前的技术使用氧化钒的一种称为相变的特性来在小型设备中引起平面外弯曲运动。例如，此类致动器可用于超小型镜子。使用相变引起面内弯曲要困难得多，但在例如医学中的超小型抓手中会很有用。

“在 68°C 时，氧化钒经历了急剧的单斜向金红石相变，这在微型技术中非常有用，”合著者 Teruo Kanki 解释说。“我们使用人字形(锯齿)器件几何结构来放大晶体的面内弯曲，并开辟新的应用。”

研究人员使用两步法制造了一个 15 微米长的氧化钒晶体，通过一系列 10 微米的臂连接到固定框架上。通过容易获得的刺激(10°C 的温度变化)引起的相变，晶体在平面内移动 225 纳米。膨胀行为是高度可重复的，经过数千次循环和数月。

“我们还响应激光束在平面内移动了执行器，”共同作者 Nicola Manca 和 Luca Pelligrino 说。“开/关响应时间在相变温度附近只有几分之一毫秒，在其他温度下几乎没有变化，这使我们的执行器成为世界上最先进的执行器。”

如果没有快速打开和关闭它们的能力，诸如先进的植入式给药装置之类的小规模技术将无法工作。研究人员致动器的基本原理——用于开/关、平面内运动的可逆相变——将极大地扩展许多现代技术的实用性。研究人员预计，他们的执行器的准确性和速度对微型机器人特别有用。

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