science >> Wetenschap >  >> Fysica

Microschaal opto-thermo-mechanische activering in het droge lijmregime

EEN, Aandrijven van voortbeweging van een rechthoekige plaat op een wrijvingsoppervlak door excitaties van elastische golven door gepulseerde optische absorptie. Tabel:relaties tussen bewegingstoestanden van de plaat, (momenteel) effectief geabsorbeerd lichtvermogen, wrijvingskracht en elastische golven. B, Bandstructuur van elastische golfgeleidermodi in een gouden plaat (breedte, w =4 m; hoogte, h =60 nm). Inzetstukken:modale profielen van fundamentele elastische modi bij statische frequentie (pijlen specificeren richtingen van elastische oscillaties). C, Glijdende verplaatsing van het contactoppervlak van de gouden plaat (hetzelfde als in B; onderste paneel) in de z-richting aangedreven door een nanoseconde optische puls (bovenste paneel) met wrijvingsschuifweerstand Fslide =2,7 μN. NS, Gestabiliseerde glijverplaatsing als functie van glijweerstand, Schuif. e, Schets van de waargenomen spiraalbeweging experimenteel. F, Temporele sequentiëring van optische beelden van een zeshoekige gouden plaat die spiraalvormig rond een microvezel beweegt. De vezel heeft een diameter van 2 m en de zijlengte en de dikte van de plaat zijn 27,72 m en 30 nm, respectievelijk. G, Cosinus van rotatiehoek Φrot (bovenste panelen), translatieverplaatsing (onderste panelen) als functie van tijd voor gouden platen met zeshoekige, circulaire, en rechthoekige basisvormen. Alle schaalbalken vertegenwoordigen 15 m. De gebruikte super-continuüm laserpulsen hebben een gemiddeld vermogen van 6,8 mW, Tijdelijke breedte van 3 ns en herhalingssnelheid van 6,13 kHz. Krediet:Weiwei Tang, Wei Lv, Jinsheng Lu, Fengjiang Liu, Jiyong Wang, Wei Yan, en Min Qiu

Het realiseren van optische manipulatie van micro-objecten in niet-vloeibare omgevingen is een uitdaging vanwege de sterke wrijvingskracht (~µN) die optische kracht (~pN) onbeduidend maakt. Op weg naar dit doel, wetenschappers van de Westlake University in China demonstreerden spiraalvormige bewegingen van microscopisch kleine objecten op droge oppervlakken, aangedreven door laserpulsen van nanoseconden. Ze onthulden het onderliggende mechanisme met betrekking tot interacties tussen thermo-elastische golven en wrijvingskracht. De resultaten maken de weg vrij voor toekomstige ontwikkeling van microscopische actuatoren in niet-vloeibare omgevingen.

De sleutel van de bediening ligt in het benutten van thermo-elastische golven die worden geïnduceerd door gepulseerde optische absorptie in absorberende micro-objecten om wrijvingskracht te overwinnen.

In deze krant, gepubliceerd in Licht:wetenschap en toepassingen , er wordt een theorie geformuleerd die rekening houdt met microscopische interacties tussen wrijvingskracht en thermisch geëxciteerde elastische golven, die een voorspellende vergelijking bevat voor het optische drempelvermogen dat nodig is om wrijvingsweerstand te overwinnen. De onderzoekers ontdekten dat nanoseconde gepulste optische absorptie met mW-schaal piekvermogen voldoende is om de wrijvingskracht op de µN-schaal te temmen en activering mogelijk te maken. Met nieuwe theoretische inzichten, ze demonstreerden experimenteel tweedimensionale spiraalbeweging van gouden platen op microvezels zoals aangedreven door laserpulsen van nanoseconden. In aanvulling, er werd ontdekt dat de bewegingsrichting controleerbaar is door mechanische aanpassing van relatieve posities en contactconfiguraties tussen platen en microvezels, en de bewegingssnelheid kan worden afgestemd door de pulsherhalingsfrequentie en het pulsvermogen te wijzigen.

Wat de mogelijke toepassingen betreft, de auteurs legden uit dat "het voorgestelde bedieningsschema in principe praktische toepassingen kan vinden op verschillende gebieden die vereisen dat micro-objecten nauwkeurig worden gemanipuleerd in niet-vloeibare omgevingen. Bijvoorbeeld, onze techniek integreren met een on-chip waveguide gekoppeld netwerk, men kan in principe optische modulatie bereiken door de posities van een gouden plaat bovenop de golfgeleider aan te passen om de golfgeleidertransmissie te regelen via afstemmingskoppeling tussen nabijgelegen golfgeleiders. Bovendien, het kan ook worden gebruikt voor het transporteren van diëlektrische deeltjes die aan het oppervlak van een gouden plaat zijn bevestigd langs een microvezel/nanodraad, wat essentieel is in lab-on-a-chip-technologieën, bijv. voor life-science toepassingen."