Forskere skaber en hurtigere og billigere måde at printe små metalstrukturer med lys
Forskere ved Georgia Institute of Technology har udviklet et lysbaseret middel til udskrivning af metalstrukturer i nanostørrelse, som er betydeligt hurtigere og billigere end nogen teknologi, der er tilgængelig i øjeblikket. Det er en skalerbar løsning, der kan transformere et videnskabeligt felt, der længe har været afhængig af teknologier, der er uoverkommeligt dyre og langsomme. Gennembruddet har potentialet til at bringe nye teknologier ud af laboratorier og ud i verden.
Teknologiske fremskridt på mange områder er afhængige af evnen til at udskrive metalliske strukturer, der er i nanostørrelse - en skala, der er hundredvis af gange mindre end bredden af et menneskehår. Sourabh Saha, assisterende professor ved George W. Woodruff School of Mechanical Engineering, og Jungho Choi, en Ph.D. studerende i Sahas laboratorium, udviklede en teknik til at printe metal nanostrukturer, der er 480 gange hurtigere og 35 gange billigere end den nuværende konventionelle metode.
Deres forskning er publiceret i tidsskriftet Advanced Materials .
Udskrivning af metal på nanoskala - en teknik kendt som nanomønster - giver mulighed for at skabe unikke strukturer med interessante funktioner. Det er afgørende for udviklingen af mange teknologier, herunder elektroniske enheder, solenergikonvertering, sensorer og andre systemer.
Det antages generelt, at der kræves lyskilder med høj intensitet til udskrivning i nanoskala. Men denne type værktøj, kendt som en femtosekund-laser, kan koste op til en halv million dollars og er for dyr for de fleste forskningslaboratorier og små virksomheder.
"Som et videnskabeligt samfund har vi ikke evnen til at lave nok af disse nanomaterialer hurtigt og overkommeligt, og det er grunden til, at lovende teknologier ofte forbliver begrænset til laboratoriet og ikke bliver oversat til applikationer i den virkelige verden," sagde Saha .
"Spørgsmålet, vi ønskede at besvare, er:'Har vi virkelig brug for en højintensitets femtosekundlaser til at udskrive på nanoskalaen?" Vores hypotese var, at vi ikke har brug for den lyskilde for at få den type print, vi ønsker."
De søgte efter et billigt lys med lav intensitet, der kunne fokuseres på en måde svarende til femtosekund-lasere, og valgte superluminescerende lysdioder (SLED'er) for deres kommercielle tilgængelighed. SLED'er udsender lys, der er en milliard gange mindre intenst end femtosekund-lasere.
Saha og Choi satte sig for at skabe en original udskrivningsteknologi i projektionsstil, ved at designe et system, der konverterer digitale billeder til optiske billeder og viser dem på en glasoverflade. Systemet fungerer som digitale projektorer, men producerer billeder, der er mere skarpt fokuserede. De udnyttede det superluminescerende lyss unikke egenskaber til at generere skarpt fokuserede billeder med minimale defekter.
De udviklede derefter en klar blækopløsning bestående af metalsalt og tilføjede andre kemikalier for at sikre, at væsken kunne absorbere lys. Da lys fra deres projektionssystem ramte opløsningen, forårsagede det en kemisk reaktion, der omdannede saltopløsningen til metal. Metalnanopartiklerne klistrede til glassets overflade, og sammenhobningen af metalpartiklerne skaber nanostrukturerne. Fordi det er en projektionstype udskrivning, kan den udskrive en hel struktur på én gang i stedet for punkt for punkt – hvilket gør det meget hurtigere.
Efter at have testet teknikken fandt de ud af, at projektion-stil nanoskala print er muligt selv med lav intensitet lys, men kun hvis billederne er skarpt fokuseret. Saha og Choi mener, at forskere let kan replikere deres arbejde ved hjælp af kommercielt tilgængelig hardware. I modsætning til en dyr femtosekundlaser koster den type SLED, som Saha og Choi brugte i deres printer, omkring $3.000.
"På nuværende tidspunkt er det kun topuniversiteter, der har adgang til disse dyre teknologier, og selv da er de placeret i fælles faciliteter og er ikke altid tilgængelige," sagde Choi. "Vi ønsker at demokratisere mulighederne for 3D-print i nanoskala, og vi håber, at vores forskning åbner døren for større adgang til denne type proces til en lav pris."
Forskerne siger, at deres teknik vil være særlig nyttig for folk, der arbejder inden for elektronik, optik og plasmonik, som alle kræver en række komplekse metalliske nanostrukturer.
-
Adjunkt Sourabh Saha og Jungho Choi (Ph.D.-studerende) foran deres superluminescerende lysprojektionssystem på Georgia Tech. Kredit:Georgia Institute of Technology -
Scanning elektronmikroskop billede af trykt sølv GT mønster. Kredit:Georgia Institute of Technology
"Jeg tror, at målene for omkostninger og hastighed er blevet stærkt undervurderet i det videnskabelige samfund, der arbejder med fremstilling og fremstilling af små strukturer," sagde Saha.
"I den virkelige verden er disse målinger vigtige, når det kommer til at oversætte opdagelser fra laboratoriet til industrien. Kun når vi har fremstillingsteknikker, der tager højde for disse målinger, vil vi være i stand til fuldt ud at udnytte nanoteknologi til samfundsmæssig fordel."
Flere oplysninger: Jungho Choi et al., Skalerbar udskrivning af metal nanostrukturer gennem superluminescerende lysprojektion, Avancerede materialer (2023). DOI:10.1002/adma.202308112
Journaloplysninger: Avanceret materiale
Leveret af Georgia Institute of Technology
Varme artikler
-
Materialer til den næste generation af elektronik og fotovoltaikMark Hersam, Northwestern University, blev udnævnt til en MacArthur -stipendiat i 2014 Et af de mangeårige problemer med at arbejde med nanomaterialer - stoffer i molekylær og atomskala - er at ko -
Kemikere fremmer klare ledende tynde film:Bedste resultater endnu fra ITO nanokrystalopløsningElektronmikroskopi (tværsnit, venstre, og vendende billede) viser en jævn fordeling af indium-titaniumoxid-nanokrystaller, der er afgørende for en meget ledende, gennemsigtig tynd film. Kredit:Sun Lab -
Det letteste elektromagnetiske afskærmningsmateriale i verdenEn prøve af det elektromagnetiske afskærmningsmateriale lavet af Empa – en komposit af cellulose nanofibre og sølv nanotråde. Kredit:Empa Elektriske motorer og elektroniske enheder genererer elekt -
Enkel metode til fleksibilitet, ledende carbon nanorørplader viser løfte om berøringsskærmeEn tynd film af rene carbon nanorør produceret på Rice University viser løfte som en komponent i fleksibel, gennemsigtige berøringsskærme. Kredit:Pasquali Lab/Rice University Et Rice University -t
- Sydpolen opvarmes tre gange hurtigere end resten af Jorden:undersøgelse
- Renault -salget falder på det svækkende bilmarked
- Europæisk samarbejde kaster lys over plasmonisk forbedring af solcelleeffektiviteten
- Forskere viser måder at fremme produktsucces
- Hvad gør alle delene af en celle?
- Hvor længe varer førskolefordelen?