Mikroanturit

Abstract

Mikroanturit ovat tyypillisesti vähintään yhdessä ulottuvuudessa mikrometriluokassa olevia antureita. Niitä käytetään laajasti moniin eri tarkoituksiin esimerkiksi autoteollisuudessa, lääketieteessä ja tietokoneiden kiintolevyissä. Kokonaan omana käsitteenään voidaan pitää nanoluokan nanoantureita. Mikro- ja nanoanturien toimintaperiaatteet riippuvat anturin toimintavaatimuksista ja mitattavasta signaalista, joka voi olla fysikaalinen, kemiallinen tai biologinen. Uusia mikro- ja nanoantureita kehitetään koko ajan, ja niitä käytetään yhä enemmän.

Tämä työ on kirjallisuuskatsaus mikroantureihin. Työssä tarkastellaan muun muassa mikro- ja nanoanturien toimintaperiaatteita, käyttökohteita ja valmistusta. Lisäksi mikroantureita verrataan suurempikokoisiin antureihin hyötyjen ja haittojen näkökulmasta sekä tarkastellaan mikroanturien tulevaisuudennäkymiä.

Mikroanturien suunnittelu ja valmistus vaatii monialaista osaamista. Usein mikroantureita voidaan valmistaa käyttämällä mikrovalmistusmenetelmiä eli mikropiirien valmistusmenetelmiä, jolloin alustamateriaalina käytetään tyypillisesti piitä. Tällöin antureita työstetään useissa toistuvissa sykleissä, joissa piikiekolle kasvatetaan haluttu materiaalikerros, muodostetaan tarvittavat kuvioinnit ja poistetaan ei-haluttu materiaali. Lisäksi valmistuksessa voidaan käyttää esimerkiksi mikrokokoisia mekaanisia työkaluja ja laseria. Nanoantureissa hyödynnetään nanomateriaaleja, joiden valmistukseen ja tutkimiseen tarvitaan usein erityisiä prosesseja ja laitteita.

Mikroantureilla on monia etuja verrattuna suurempikokoisiin antureihin. Mikroantureita on helpompi tuottaa suurempia määriä edullisesti massatuotantona. Lisäksi pienen koon ja massan vuoksi mikroantureita voidaan käyttää kevyissä laitteissa ja suurina määrinä anturiryhmissä. Nanoanturit voivat olla vielä mikroantureita herkempiä, ja nanoanturien vasteaika voi olla vielä lyhyempi. Lisäksi lääketieteessä nanoanturien käytöllä voidaan vähentää kudosten vaurioitumista. Nanoantureissa voidaan myös rakenteiden pienen kokonsa vuoksi hyödyntää kvanttimekaanisia ominaisuuksia. Toisaalta mikro- ja nanoanturien suunnittelu ja valmistus voi olla haastavampaa suurempikokoisiin antureihin verrattuna. Lisäksi nämä anturityypit voivat olla herkempiä signaalihäiriöille ja anturin materiaalien kulumiselle.