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Nanotecnologia

Máquinas microscópicas são feitas em série com vidro metálico

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/05/2012

Máquinas microscópicas são feitas em série com vidro metálico
Os micromoldes (esquerda), no interior dos quais as peças são feitas, e o mapa da uniformidade de sua superfície (direita), com precisão de poucos nanômetros..
[Imagem: Byrne et al.]

Moldes

Miniaturizar componentes eletrônicos exigiu o desenvolvimento de fábricas que custam alguns bilhões de dólares para serem montadas.

E isso para construir componentes absolutamente padronizados.

O desafio está-se mostrando maior para a construção de micro e nano-máquinas e micro e nano-robôs.

Para se construir, digamos, o motor de um carro, as peças individuais são projetadas e depois fabricadas em série.

Isso é possível graças aos moldes, invólucros metálicos no interior dos quais há um espaço correspondente ao formato da peça a ser construída. Metais ou plásticos derretidos são despejados, sendo retirados depois que endurecem - existem outras técnicas, mas este é o princípio geral.

Micromoldes

Só que isto não é possível com peças abaixo de certas dimensões porque os metais não podem ser trabalhados com uma precisão abaixo de alguns micrômetros - tente fazer um molde de aço e você verá que não dá para alcançar uma precisão menor do que 10 micrômetros.

Mas, muitas vezes, 10 micrômetros é mais do que o tamanho da micropeça inteira que se deseja fabricar para montar microlaboratórios e microrrobôs, ou coisas mais simples, como um filtro micromecânico para anular ruídos de celulares ou uma microchave acionada por luz, ou ainda coisas mais complicadas, como uma memória eletromecânica para computadores.

Essa "baixa resolução" dos metais deve-se à sua própria estrutura cristalina, ao arranjo de seus átomos, que formam cristais muito regulares. Ao se desbastar o metal, esses cristais ficarão salientes, impedindo o aumento da precisão abaixo de um determinado nível.

É claro que existem técnicas que podem gerar peças muito pequenas com altíssima precisão, como os feixes de elétrons, mas estas são apenas para uso em laboratório, não se adequando para um ritmo fabril em grande escala.

Máquinas microscópicas são feitas em série com vidro metálico
Comparação entre o melhor que se pode obter de um molde em aço (esquerda) e a nova técnica de molde com vidros metálicos (direita).
[Imagem: Byrne et al.]

Moldes de vidros metálicos

Agora, Michael Gilchrist e David Browne, da Universidade de Dublin, na Irlanda, resolveram deixar os metais de lado, e partiram para usar um outro tipo de material, os vidros metálicos.

Vidros metálicos não são transparentes, e nem metálicos no sentido estrito do termo: eles são metais com uma estrutura cristalina amorfa, como a do vidro.

Ou seja, eles não possuem a estrutura cristalina ordenada e repetitiva dos metais.

Isso lhes dá propriedades mecânicas muito diferentes dos metais convencionais: eles podem, por exemplo, ser aquecidos e moldados como se fossem um plástico, ainda que retenham a resistência e a durabilidade dos metais - já existem vidros metálicos mais fortes do que o aço.

Mas, mais importante para a micro e a nanotecnologia, os vidros metálicos podem ser trabalhados com uma precisão muito maior do que o tamanho dos grânulos dos metais convencionais.

Máquinas microscópicas são feitas em série com vidro metálico
Os moldes e as peças fabricadas em seu interior, com uma precisão superior à dos transistores dos processadores mais modernos.
[Imagem: Byrne et al.]

Microfábrica de peças mecânicas

Foi justamente o que os pesquisadores fizeram agora: eles desenvolveram uma técnica que permite criar moldes para peças com dimensões na faixa dos nanômetros.

"Nossa tecnologia é um novo processo para a produção em massa de componentes de alto valor agregado, na escala dos micrômetros e dos nanômetros," disse Gilchrist.

Segundo os pesquisadores, as peças construídas pela nova técnica são 100 vezes mais precisas, com "custos que são pelo menos 10 vezes menores do que é atualmente possível".

Uma vez pronto o molde, o processo de fabricação se dá não por fundição, mas por injeção, uma técnica em que o material de que a peça será feita é inserido no molde por alta pressão.

Os pesquisadores demonstraram o potencial da nova técnica fabricando "peças" para biochips que permitem a passagem precisa de partículas do tamanho de glóbulos vermelhos e vírus, ou maiores, como moléculas de DNA e proteínas.

"Essas peças de precisão são componentes de alto valor para dispositivos microfluídicos, biochips, microimplantes médicos e sensores MEMS," disse o pesquisador.

Bibliografia:

Artigo: Towards nano-injection molding - Current research article
Autores: Nan Zhang, Cormac J. Byrne, David J. Browne, Michael D. Gilchrist
Revista: Materials Today
Vol.: 15(5), 216-221






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