美國國防先期研究計劃局展示芯片級真空微泵浦
受美國國防先期研究計劃局(DARPA)資助的研究人員最近演示了世界上最小的真空泵浦。這種突破性技術(shù),能為需要真空的電子設(shè)備和傳感器創(chuàng)造新的國家安全應(yīng)用,如用于探測化學(xué)或生物攻擊的高靈敏氣體分析儀、極高精度激光制冷芯片級原子鐘、微型真空管等。
2008年,DARPA的芯片級真空微泵浦(CSVMP)計劃啟動。該計劃實現(xiàn)了最終目標(biāo):用最小、最具功率效率的泵浦在1立方毫米空間實現(xiàn)10-6托(1托相當(dāng)于1個大氣壓的1/760)的真空壓力。
DARPA的項目經(jīng)理Andeei Shkel表示:“在能進行飛機測試那樣的空間,形成真空較為容易,只要空間密閉,有大型泵浦和足夠的功率就能實現(xiàn)。但這種方法沒法對只比沙粒略大的微小空腔抽真空。必須發(fā)展利用新物理特性的泵浦,嘗試此前從未試過的精確化和小型化技術(shù)。”
該計劃已經(jīng)成功完成,密歇根大學(xué)、霍尼韋爾公司和麻省理工學(xué)院的研究人員正在演示該泵浦。
密歇根大學(xué)開發(fā)了三種不同壓力類別的泵浦。從最低到最高壓力分別是:微等離子體潘寧離子高真空泵浦、努森中真空泵浦以及高頻蠕動粗略真空泵浦。
麻省理工學(xué)院團隊也開發(fā)了三種微型氣體泵浦。其中一種是具有彎曲表面的二階粗略泵浦,能抽出大量氣體并用兩個閥門限制反壓。這種新型泵浦重在提高效率,每階壓縮比達4.6,是該級別的最高紀(jì)錄。
霍尼韋爾公司演示了能創(chuàng)造中度真空和高度真空的精密加工渦輪分子泵浦。該泵浦模仿渦輪機設(shè)計,但方式相反。轉(zhuǎn)子上的葉片被預(yù)置一定角度并在旋轉(zhuǎn)時推出氣體,使中心成為真空。每個葉片只有針尖大小。
“之前從沒有微型離子或者機器泵浦,CSVMP計劃演示了此類多種泵浦。最小的商用泵浦只有紙牌大小。新研制的泵浦不僅比現(xiàn)成泵浦小300倍,比定制泵浦小20倍,而且將氣壓從大氣壓力降到毫托級壓力的功率也大約降低了10倍。”
最初,CSVMP項目以小型質(zhì)譜氣體分析儀為重點應(yīng)用,目的是讓檢測化學(xué)和生物病原體更加容易。當(dāng)該項目繼續(xù)開發(fā)能制造不同程度真空的更小更強大的泵浦時,新的用途就此顯露。
Shkel表示:“激光制冷原子鐘、加速度計和陀螺儀從根本上需要這些微型氣體泵浦。
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