Тепловая машина с рабочим объемом всего 0,34 кубических микрометра, возможно, — самое маленькое в мире устройство, превращающее тепловую энергию в механическую. Любопытно, рабочее тело в данном аппарате — это кремний.
Исследователи из компании NXP Semiconductors вырезали из кристалла кремния подвижную деталь, соединённую с остальной схемой двумя тонкими балками. Когда на одну из них поступает постоянный ток в 1,2 миллиампера, та нагревается и от тепла расширяется, сдвигая в сторону всю консоль (резонирующую массу).
Но вследствие пьезорезистивного эффекта, как только балка-двигатель расширяется, сопротивление её падает, как и омический нагрев. Балка охлаждается и снова сокращается. Так консоль приходит в колебательное движение при подаче постоянного тока. «Поскольку размеры кристалла малы, частота этих колебаний велика — 1,3 мегагерца», — информирует PhysOrg.com.
Авторы крошечной машины объясняют, что она относится к тепловым, хотя в роли поставщика энергии и выступает электричество. Но ток сначала обращается в тепло, а уже оно — в механическую работу.
Выбор в роли рабочего тела кремния (вместо привычных для тепловых двигателей газов или жидкостей) — не только необычен, но и перспективен. Столь крохотные кремниевые движки можно изготавливать так же, как микросхемы, и заставлять их приводить в движение какие-либо микромеханические устройства. (Подробности работы можно найти в статье в Nature Physics.)
Вообще где нибудь подоная схема вообще применяется в «реальных» макромашинах кроме плавких предохранителей и им подобных мшинок датчиков исполнительных механизмов регуляторов, а вот что в режиме рабочих колебаний?
Принципиальное новшество — отсутствие двухкомпонентных (например — биметалических) систем для осуществления движения. Предельная легкость исполнения в стадартной планарной кремниевой технологии.
Электромагнитные движители при такой степени миниатюризации — технологически недостижимы.
Прочие устройства, основанные на «фото- , электро- , магнито- стрикциях» — обладают малыми амплитудами и, как правило, слишком термозависимы.