宁波材料所3D微打印技术应用取得新进展

　　三维微机电系统（MEMS）具有体积小、重量轻、能耗低、灵敏度高等特点，在精密机械、生物医疗、国防、航空航天、核工业等领域有广泛的应用。MEMS系统的结构主要包括微型传感器、微型执行器和处理电路三部分，其中关键部件微执行器主要采用物理或化学气相沉积、光刻等技术制作成二维悬臂结构，三维微纳驱动单元需要进一步通过机械提拉作用才能形成准三维结构。随着器件小型化的发展，单元密度不断提高，传统的二维加工技术不仅制程长、工艺复杂，而且结构单一，不能同时控制微纳米驱动单元(如悬臂梁)的尺寸、位置和取向，严重影响集成度和工作速度的进一步提高。

　　中国科学院宁波材料技术与工程研究所微纳功能材料与器件课题组在三维微纳结构制造系统的基础上，通过多材料微打印技术制造了静电控制的三维微机械开关(该技术已申请发明专利：2014106929420)。研究人员首先通过直写技术制作了由成对弯曲铜纳米线构成的微开关，结合理论分析结果，研究了铜纳米线器件受静电场影响发生形变的规律，并对三维开关系统的结构进行了重新设计。与传统的单一可动悬臂梁组成的微执行器不同，三微微机械开关由两个可动终端部分组成(如图所示)。由于该机械开关柔韧性好，驱动电压可达到6.4V以下，相比于传统MEMS器件降低了64%以上。该三维微机电开关可用于三维芯片控制电路、汽车航天工业中的加速度开关等，也可以结合电路设计构筑逻辑控制元件，特别是针对MEMS开关的集成化和小型化要求，可进一步与响应性纳米材料选择性复合，通过电学特性和系统响应性结合制造微纳精度的可控和可响应性高度集成纳米系统。

　　三维微打印技术打破传统加工工艺的限制，可以采用逐层堆积的方式快速精密地直接制造出任意复杂形状的三维微结构和器件。在工艺上，三维微米线的直写过程在常规条件下进行，避免了深度刻蚀以及反复的光刻镀膜工艺，工艺简单，从器件加工周期到材料成本都明显降低。目前，通过该技术可以直接加工特征尺寸达200 nm以下的三维微结构，可用材料包括金属、玻璃和导电高分子等。研究人员相信随着该工艺的进一步优化，特征尺寸进一步降低以及加工速度有效提高，将对三维芯片直接成型和三维集成技术的快速发展具有重要意义。

三维微执行器

三维微执行器开关特性