ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2022. №2
Оглавление выпуска

Текст статьи (pdf)

English page

 

DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.2.8

УДК: 536.212.2, 53.06, 537.9

 

Оптимизация системы управления наномеханическими устройствами
с ЭФФЕКТОМ ПАМЯТИ ФОРМЫ

 

А.В. Прокунин 1,2, В.В. Коледов 2, Д.Д. Кузнецов 2
А.В. Иржак 3, А.П. Орлов 2, П.В. Лега 2

 

1 Московский физико-технический институт

1417019, Московская обл., Долгопрудный, Институтский пер., 9

2 ИРЭ им. Котельникова РАН, 125009, Москва, Моховая, 11, корп.7

3 Институт проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН

142432, Московская обл., Черноголовка, Академика Осипьяна, 6

 

Статья поступила в редакцию 15 февраля 2022 г.

 

Аннотация. Недавний прогресс в разработке наномеханических инструментов с эффектом памяти формы (ЭПФ) привел к успешной реализации новых систем для 3D-наноманипуляции и наноинтеграции нанообъектов снизу вверх, таких как УНТ, нанопроволоки и т.д. ЭПФ вызывается контролируемым нагревом активного слоя наноинструмента. Однако нагрев приводит к тепловому дрейфу и ошибкам в позиционировании наноинструмента. В статье представлены результаты численного моделирования и экспериментальные данные по тепловому расширению системы управления наномеханическими устройствами с ЭПФ в зависимости от конфигурации геометрии законцовки иглы. Показано, что система управления наномеханическими устройствами с оптимизированным профилем законцовки, демонстрирует как повышенную точность позиционирования, так и меньшее потребление электроэнергии, требуемой для нагрева наноинструмента.

Ключевые слова: эффект памяти формы, нанопинцет, система управления, микроигла.

Финансирование: Функциональные наноматериалы были разработаны и изучены при поддержке гранта РНФ № 17-19-01748. Эксперимент по наноманипулированию проведен при поддержке гранта РФФИ № 18-57-70004.

Автор для переписки: Прокунин Алексей Витальевич, prokunin.av@phystech.edu

Abstract. Recent progress in design of nanomechanical tools with shape memory effect (SME) resulted in successful realization of the new systems for 3D nanomanipulation and bottom-up nanointegration of the nanoobjects like CNT, nanowires etc. SME demands controlled heating of the active layer of the shape memory nanotool. The heating can lead to thermal drift and errors in positioning of the nanotool. The paper presents the results of numerical modeling and experimental data on the thermal expansion of a heating element, including the tungsten microneedle depending on the configuration of its tip geometry. It is proved that the control system for nanomechanical devices including the microneedle with optimized profile demonstrates both improved precision of positioning and smaller electric energy consumption.

Key words: shape memory effect, nanotweezers, control system, microneedle.

Financing: functional nanomaterials were developed and studied under support of RSF – grant №17-19-01748. The experiment on nanomanipulation is done with samples and procedures under support of RFBR – grant №18-57-70004.

Corresponding author: Prokunin Aleksei Vitalevich, prokunin.av@phystech.edu

 

Литература

1. Von Gratowski S., Koledov V., Shavrov V., Petrenko S., Irzhak A., Shelyakov A., Jede R. Advanced system for nanofabrication and nanomanipulation based on shape memory alloy. Frontiers in Materials Processing, Applications, Research and Technology. 2018. P.135-154. http://doi.org/10.1007/978-981-10-4819-7_13

2. Lega P., Kuchin D., Koledov V. et al. Simulation of control system for shape memory nanotweezers. Materials Science Forum. 2016. V.845. P.142-145. http://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.845.142

3. Zhikharev A., Irzhak A., Lega P., et. al. New system for manipulation of nanoobjects based on composite Ti2NiCu/Pt nanotweezers with shape memory effect. Journal of Physics: Conference Series. 2016. V.741. P.012206. http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/741/1/012206

4. Lega P., Koledov V., Kuchin D., et al. Simulation of the control process applied to the micromechanical device with the shape memory effect. Journal of coµmunications technology and electronics. 2015. V.60(10). P.1124-1133. http://dx.doi.org/10.1134/S1064226915100083

5. Zhikharev A., Beresin M., Lega P., et al. Thermally Controlled Nanoobjects Manipulation System Based on Composite Ti2NiCu/Pt Nanotweezers. 6th IEEE International Conference on Manipulation, Manufacturing and Measurement on the Nanoscale (IEEE 3M–NANO). 2016. P.101-104. https://doi.org/10.1109/3M-NANO.2016.7824943

Для цитирования:

Прокунин А.В., Коледов В.В., Кузнецов Д.Д., Иржак А.В., Орлов А.П., Лега П.В. Оптимизация системы управления наномеханическими устройствами с эффектом памяти формы. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2022. №2. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.2.8