روانکاری ماشین های کوچک الکترومکانیکی ( MEM )

شاید تاکنون ماشین های کوچک زیادی در اطراف خود دیده باشید که همگی از چیپ های کوچک سیلیکونی ساخته شده اند، قطعه ای روی قطعه دیگر ساییده می شود یا محوری در یک یاتاقان در حال گردش است. روانکاری این ماشین ها درست مانند روانکاری دستگاهی بزرگ همچون موتور اتومبیل امری اجتناب ناپذیر است. روانکارهای مرسوم مانند انواع روغن ها، برای بکارگیری در این ماشین ها بسیار سنگین هستند و مولکول های درشت آنها، خود مانعی در مقابل روانکاری در سرعت های بالاست.

در این راستا پژوهشگران استفاده از گازها را برای ایجاد فیلم لغزنده روی قطعات سیستم های میکرو الکترو مکانیکی (MEM) به عنوان یک گزینه مطلوب مورد مطالعه قرار داده اند.

استفاده در کیسه های هوای اتومبیل به عنوان سنسور تشخیص کاهش آنی شتاب خودرو، موتورهای کوچک جهت دهنده آینه خودرو و نازل های کوچک قطرافشان در پرینترهای جوهرافشان، نمونه هایی دیگری از کاربرد MEM است.

در صنعت روانکاری استفاده از مایع ویسکوز (روغن ها یا روغن هاو افزودنی ها) برای کاهش اصطکاک و افزایش بهره وری سیستم متداول است. این در حالی است که مطابق پژوهشی های دکتر سئونگ کیم، استادیار مهندسی شیمی، استفاده از روانکار روغنی در MEM ها باعث اتلاف شدید انرژی می شود که امری غیرقابل قبول است.

از آنجا که MEM ها بسیار کوچک اند. (ضخامت قطعات تشکیل دهنده آن از قطر موی انسان تجاوز نمی کند) و نیروی اعمال شده بر قطعات آن خیلی اندک است، به همین دلیل روانکارهای مرسوم بر روی MEM ها قابل استفاده نخواهند بود. مولکول های روغن که معمولاً درشت و سنگین هستند نه تنها باعث توقف حرکت قطعات MEM می شوند، بلکه توان پوشش خش ها و ترک های ریز را نیز ندارند. روال فعلی روانکاری در این گونه تجهیزات بهره گیری از روانسازهای جامدات، فیلمی نازک از کربن شبه الماس یا ترکیب های فلوروکربن است و با وجود اینکه این مواد فیلم نازک مناسبی را روی سطوح فراهم می کنند اما توانایی پوشش قطعات داخلی را ندارند. به علاوه دایماً در معرض سایش قرار دارند، همچنین خود ترمیم نیستند و پرکردن مجدد آنها نیز به صرفه نیست.

با توجه به آنچه گفته شد ایده محققان در مورد بهره گیری از گاز همچنان به عنوان حل مشکل در حال بررسی است. روشی که فیلم نازک روانکار به صورت گاز تزریقی و با میعان روی سطوح، به نقاط روانکاری منتقل می شود- به نظر می رسد- بهترین انتخاب برای طی کردن این فرایند الکل ها (اتانول، پروپانول، بوتانول و پنتانول) هستند. الکل ها هم آبگریزند و هم آب دوست. بنابراین از یک سمت توانایی حمل آب و از سمت دیگر توان جذب ترکیبات غیرآبی را دارند.

قابلیت ترکیب با آب در روانکار، یک شاخصه با اهمیت در روانکاری MEM هابه حساب می آید چرا که آب همیشه در هوا به صورت رطوبت موجود است و امکان میعان آن روی سطوح وجود دارد.

در بعضی دستگاه ها مانند سنسور کیسه های هوای اتومبیل، رطوبت دلیل اصلی یک بار مصرف بودن سیستم است. این سنسورها از دو قطعه باریک و بلند تشکیل شده اند که در اثر افت سریع شتاب اتومبیل به هم می چسبند و موجب بازشدن کیسه های هوا می شوند وجود آب روی این تیغه ها (به دلیل کشش سطحی بالای آن) باعث می شود که دو قطعه در فاصله بسیار کمی از یکدیگر قرار گیرند و چنانچه روانکاری قطعات توسط الکل صورت گیرد این پدیده نیز برطرف خواهد شد و شاید بتوان کیسه هوا را بدون تعویض سنسور، دوباره به کار انداخت.

تلاش پژوهشگران برای استفاده از روانکار گازی در فشارهای مختلف بخار نشان می دهد این روش در حیطه وسیعی از فشار محیط، قابل استفاده است.

کوچک بودن مولکول های الکل به آنها اجازه می دهد به راحتی تمام جزئیات سطح این قبیل ماشین ها را پوشش دهند و حضور دایمی گاز در اطراف کل سیستم آن را خود تعمیر می سازد به گونه ای که به محض از بین رفتن فیلم نازک مایع در اثر ساییدگی، بخشی از گاز موجود برای ترمیم آن، روی سطح کندانس می شود. نکته قابل توجه اینکه این نوع روانکاری به هیچ وجه در عملکرد مکانیکی و الکتریکی سیستم اختلالی ایجاد نمی کند.

تلاش ها برای دستیابی به روشی به منظور محفظه بندی MEM و همچنین چگونگی تزریق گاز به سیستم همچنان ادامه دارد.