Door SNSF gefinancierde onderzoekers hebben een nieuwe techniek ontwikkeld voor het snijden van materialen om micromechanische systemen te creëren. Vooral, ze hebben een minuscuul horlogeonderdeel gemaakt van synthetische monokristallijne diamant.

Diamant is erg hard en elastisch, een zeer goede warmtegeleider en zeer transparant, waardoor het ideaal is voor vele mechanische en optische toepassingen. Maar het blijft een hele uitdaging om het met een precisie van een micrometer (een duizendste van een millimeter) in complexe vormen te snijden. Een proces ontwikkeld door het team van Niels Quack, een SNSF-hoogleraar bij EPFL, maakt het mogelijk om een ​​micromechanisch horlogesysteem – een drie millimeter diameter echappement wiel en anker – uit synthetisch eenkristal diamant te snijden.

Het Lausanne-team heeft een techniek verfijnd die bekend staat als "reactive ion etching" en die veel wordt gebruikt in de computerchipindustrie. Zo zijn de onderzoekers in staat synthetisch diamant te kerven in driedimensionale vormen van 0,15 millimeter dik, d.w.z. drie keer groter dan de dikste bestaande structuren. "We komen in de buurt van de dikte van de industriestandaard, dat is ongeveer 0,2 millimeter", legt Kwak uit. "Onze techniek is interessant voor de industrie, en we zijn in gesprek met een Zwitsers horlogebedrijf. Wij zijn van mening dat diamant minder wrijving biedt, wat de gangreserve zou moeten vergroten. Zo lang duurt het voordat het horloge moet worden teruggespoeld. Maar het is nog steeds een hypothese die moet worden getest." Diamant heeft andere voordelen voor het maken van horloges:het is doorschijnend en kan worden gekleurd, en is ook niet-magnetisch - een zeer gewaardeerde eigenschap in de huidige markt.

Eerder, reactief ionenetsen kon slechts structuren van 0,05 millimeter dik creëren:wanneer de ionen (elektrisch geladen atomen) worden versneld door een elektrisch veld, ze verwijderen niet alleen de diamantlagen op geselecteerde plekken; ze eten ook het masker weg dat de gewenste vorm definieert. De diepte van de structuren die kunnen worden verkregen, wordt dus beperkt door de weerstand en dikte van het masker. In minder dan zes maanden, Adrian Toros, een wetenschappelijk assistent bij het EPFL Institute of Microelectronics, ontwikkelde een dubbellaags masker dat bestaat uit één laag aluminium, die goed hecht aan diamant, geplaatst onder een tweede laag siliciumdioxide, die dik is en beter bestand tegen ionische activiteit. Het resultaat is een sneller etsproces dat bijna verticale, en dieper, bezuinigingen.

Met de steun van Innosuisse (voorheen CTI), het team is van plan de samenwerking met de Zwitserse fabrikant van synthetische diamanten Lake Diamond voort te zetten, bij wie het team een ​​patent heeft aangevraagd. "Op middellange termijn zal deze nieuwe techniek ons ​​in staat stellen om precieze micrometercomponenten te produceren en te commercialiseren, en daarmee ons werkterrein uit te breiden", zegt Pascal Gallo, de CEO van het bedrijf.

Bij een tweede project de onderzoekers werken aan de ontwikkeling van optische componenten van ultrapuur diamant, zoals lenzen die worden gebruikt bij thermische beeldvorming, die binnen het infraroodspectrum werken, evenals lasercomponenten voor industrieel snijden.

"Toen mijn onderzoeksproject in 2015 begon, Ik had nooit alle industriële toepassingen voorzien", zegt Niels Kwak. "Maar we zagen snel het potentieel van ons werk en slaagden erin om het te ontwikkelen tot praktische toepassingen dankzij de steun van de Gebert Rüf Stiftung. Voor mij, dit is een perfecte illustratie van hoe fundamenteel onderzoek vaak leidt tot toepassingen die niemand had voorspeld, maar die aantrekkelijk zijn voor de industrie. Het is belangrijk om een ​​open geest te houden."