Ny udskrivningsmetode til nanostrukturer

(Phys.org) - Schweiziske forskere har udviklet en økonomisk, hurtig og reproducerbar metode til udskrivning af bittesmå strukturer med en simpel printmetode. Nu planlægger de et spin-off.

En linje vises på skærmen og bliver længere inden for få sekunder. Det bøjer af i en ret vinkel, skifter retning flere gange og krydser sig selv ved et par lejligheder, indtil et virvar af linjer dukker op. Så vokser linjen langsommere, ser mørkere ud, stopper og bliver yderligere mørkere i en prik af ensartet størrelse. Så fortsætter det:en linje, en anden prik, linje, prik, linje, prik.

Det, der måske lyder lidt som morsekode, er faktisk en demonstration af en ny teknik, som forskere fra ETH-Zurich har udviklet på Laboratory of Thermodynamics in Emerging Technologies. Metoden gør dem i stand til at printe de mindste strukturer på mikro- og nanoskala.

Ved at bruge denne udskrivningsmetode, ultrafine partikler overføres til en overflade fra en kapillær på en målrettet måde ved hjælp af et elektrisk felt. Afhængigt af hvor lang tid materiale samler sig på samme sted, strukturen bliver højere, at producere et nanotårn. Hvis doktorand Patrick Galliker, der var med til at udvikle printeren, giver dem mulighed for at blive stadig højere, de kan tydeligt ses vælte på grund af deres nærhed til kapillæren. Til demonstrationen, Galliker bruger kontroller, der ligner dem, der findes i computerspil. Hvis forskerne automatiserer nano-printeren ved hjælp af speciel software, det kan producere de små tårne ​​selvstændigt, ensartet og uden nogen som helst forbindelsesledninger. De kan også lave tårne, der er let bøjede eller læne to af tårnene mod hinanden for at danne en slags lille bue, forklarer Galliker ved hjælp af billeder, han tog af strukturerne.

Trykningen foregår med nanopartikler af en lang række forskellige materialer, der placeres i opløsningsmidler. Under udskrivning, nanopartiklerne akkumuleres ved siden af ​​hinanden i henhold til fysikkens love. Opløsningsmidlet fordamper og nanostrukturer, som kan være mindre end 100 nanometer, er klar.

Manipulerer lys med nanostrukturer

ETH-Zürich-forskerne forestiller sig en bred vifte af mulige anvendelser for deres nye metode. Det er kun billetten til applikationer inden for optik, forklarer de. Trods alt, lys interagerer anderledes med nanostrukturer end med større objekter. Overflader, der er blevet modificeret med nanostrukturer, "manipulerer lyset", som Galliker udtrykker det. Disse overflader kan absorbere, koncentrere sig og lede lys i stedet for at reflektere det. Fungerer som mini-antenner, de minuskulære strukturer opsuger således lyset, som falder i en slags fælde, før det ideelt set føres derhen, hvor det er nødvendigt.

Dette kunne bruges til at øge effektiviteten af ​​tyndfilmssolceller ved at fange lyset og kanalisere det direkte mod det aktive lag, for eksempel. Indtil nu, sådanne solceller brugte ikke alt lys, da de reflekterede en del af det og lod en anden del slippe ubrugt ud. Camouflagedragter med sådanne overflader er tænkelige, forklarer Dimos Poulikakos, professor i termodynamik og leder af forskningsgruppen.

I øvrigt, ved hjælp af sådanne nanostrukturer, nye former for hurtigere, mere selektive og meget følsomme detektorer og sensorer kan være mulige. Nanostrukturer kan også bruges i specielle lysmikroskoper, hvor nanopartikler øger fluorescens, Poulikakos tilføjer, muliggør de mindste objekter, såsom individuelle molekyler, skal observeres. Og, selvfølgelig, nanoprinteren kunne bruges overalt, hvor der skal påføres materialet i nanoskala på en målrettet måde, såsom i produktionen af ​​moderne mikroprocessorer:forestil dig, en CPU printet på stedet!

Økonomisk og reproducerbar metode

Ved hjælp af den nye udskrivningsmetode, de små strukturer kan påføres forskellige overflader på en hurtig og reproducerbar måde. Det er hurtigt, fordi printeren kan programmeres på en sådan måde, at materialet påføres præcis, hvor det er nødvendigt. Fjernelse af overskydende materiale, som det er nødvendigt med andre metoder på mikro- og nanoskala, er ikke længere påkrævet, sparer dyrebare ressourcer.

I øvrigt, sammenlignet med etablerede metoder, der udfører en lignende funktion på en nanoskala, den nye teknik er betydeligt billigere. Det har ikke brug for enorme faciliteter eller ultrarene renrum, meget høje temperaturer eller specielle trykforhold. Den fungerer grundigt uden de ellers nødvendige besværlige og tidskrævende vakuumtrin.

Som resultat, gennemløbet og størrelsen af ​​de trykte overflader kan øges betydeligt under industriel produktion, siger Poulikakos. Derudover prototyping i den mindste skala kunne fungere hurtigt og økonomisk effektivt. Alt dette vil gøre metoden betydeligt mere økonomisk end de allerede tilgængelige alternativer.

Spin-off på kortene

Forskerne har stadig meget arbejde foran sig. For eksempel, de vil gerne udvikle et printhoved, der indeholder flere individuelt adresserbare kapillærer På den ene side en sådan tilgang vil føre til en stigning i gennemstrømningen. På den anden side, det vil gøre det muligt at stable lag af forskellige materialer oven på hinanden og åbne yderligere veje for fremtidige produkter og videnskabelige projekter.

Ifølge forskerne, udsigterne for den nye metode er lovende. Der er allerede indgivet en patentansøgning, og de første interesserede parter fra industrien har allerede vist deres interesse. Selv grundlaget for et spin-off er i pipelinen. I øjeblikket, ETH-Zürich-forskerne er involveret i adskillige projekter med andre forskere, der har brug for nanostrukturer, som de kun ville være i stand til at producere eller skaffe selv med store omkostninger.