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二氧化硅颗粒的光学图像。每一粒二氧化硅的直径大约5微米，由“电胶”拾取并放置到预设位置。
撬开智能手机，你会发现电路板上密密麻麻的电子元件和芯片组成了一座微型“城市”。这些精密元件通常由机器人夹持器完成组装。然而，由于电路板上的元件越来越小，夹持器的组装能力已经接近极限。当物体的尺寸小于50~100微米时，现有机械抓取器就无能为力了。其原因在于，在微观尺度上，表面力战胜了重力。例如，当你倒出勺子里的面粉时，很多面粉会粘附在勺子表面。
美国麻省理工学院前博士后研究人员Sanha Kim曾在机械工程副教授John Hart的实验室从事科研工作，他说：“电子制造业需要处理和组装面粉颗粒大小的微型部件。我们需要找到一种特殊的取-放解决方案，而不是一味地将现有的机器人夹持器和真空系统小型化。”
据美国优睿科网站10月11日报道，Kim和Hart等已经开发出一种微型“电胶”技术，它能够拾取和粘贴20纳米宽的物件。电胶主要是由稀疏的碳纳米管构成的，其表面涂覆有像小刷子上的刷毛一样排列的陶瓷层。相关成果公布于《科学进展》杂志。
通过给碳纳米管施加低电压，它会暂时带电，形成刺状结构，并吸附微小粒子。关闭电压后，电胶的“黏性”消失，微粒能被释放到理想位置。Hart说：“以前碳纳米管基干式黏合剂（CNT-based dry adhesives）的研究重点是最大限度扩展碳纳米管的接触面积，从而制造出干式透明胶带。我们采取了相反的方案——设计了具有最小化接触面积的碳纳米管表面，但它在使用时可通过静电具备粘附作用。”
研究人员发现，如果他们在碳纳米管上涂覆一层薄薄的电介质材料（如氧化铝），碳纳米管在受到电压作用时，陶瓷层会极化。这时，它就能像静电手指一样将微型元件拾取起来。关闭电压后，纳米管和元件去极化，“黏性”消失，两者分离，元件被放置到预定位置。Hart等通过探索碳纳米管密度、陶瓷层厚度等因素对电胶的影响，优化了电胶的开关比。在实验中，他们用电胶技术成功收集和放置了纳米线、复杂的金属微粒图案，以及微光二极管。Hart说：“随着半导体设备性能的不断提高。组件的集成与多样化成为重要需求。我们的技术有望填补微型系统可拓展、低成本组装的空白。”
科界原创
编译：德克斯特
审稿：alone
责编：张梦
期刊来源：《科学进展》
期刊编号：2375-2548
原文链接：
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-10/miot-sp101119.php
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