Среда, 21 февраля, 2024
ДомойТехнологииСкачок скорости света в нанопечати: более быстрые и дешевые металлические конструкции

Скачок скорости света в нанопечати: более быстрые и дешевые металлические конструкции

- Advertisement -

Исследователи Технологического института Джорджии разработали экономичный и быстрый метод печати наноразмерных металлических конструкций с использованием световой технологии, которая может произвести революцию в наноразмерной 3D-печати. (Художественная концепция.) Фото: SciTechDaily.com

Их техника может изменить научную область, основанную на непомерно дорогостоящих технологиях.

Исследователи из Технологического института Джорджии разработали основанный на свете способ печати наноразмерных металлических структур, который значительно быстрее и дешевле, чем любая доступная в настоящее время технология. Это масштабируемое решение, которое может изменить научную область, долгое время зависящую от технологий, которые являются непомерно дорогими и медленными. Этот прорыв может вывести новые технологии из лабораторий в мир.

Преимущества новой техники

Технологические достижения во многих областях основаны на способности печатать металлические структуры наноразмеров — в сотни раз меньших ширины человеческого волоса. Сураб Саха, доцент Школы машиностроения Джорджа В. Вудраффа, и Чонхо Чой, доктор философии. Студент лаборатории Саха разработал метод печати металлических наноструктур, который в 480 раз быстрее и в 35 раз дешевле, чем нынешний традиционный метод.

Их исследование было опубликовано в журнале Передовые материалы.

Доцент Сураб Саха и Чонхо Чой (аспирант) перед своей суперлюминесцентной проекционной системой в Технологическом институте Джорджии. Фото: Технологический институт Джорджии.

Преодоление традиционных ограничений

Печать металлом на наномасштаб — метод, известный как нанопаттернирование, — позволяет создавать уникальные структуры с интересными функциями. Это имеет решающее значение для развития многих технологий, включая электронные устройства, преобразование солнечной энергии, датчики и другие системы.

Обычно считается, что для нанопечати необходимы источники света высокой интенсивности. Но этот тип инструмента, известный как фемтосекундный лазер, может стоить до полумиллиона долларов и слишком дорог для большинства исследовательских лабораторий и малого бизнеса.

«Как научное сообщество, мы не имеем возможности производить достаточное количество этих наноматериалов быстро и по доступной цене, и именно поэтому многообещающие технологии часто остаются ограниченными лабораториями и не воплощаются в реальных приложениях», — сказал Саха. .

Кандидат наук. Студент Чон Хо Чой контролирует уровни яркости светодиодов в системе SLP. Фото: Технологический институт Джорджии.

«Вопрос, на который мы хотели ответить, заключается в следующем: «Действительно ли нам нужен фемтосекундный лазер высокой интенсивности для печати в наномасштабе?» Наша гипотеза заключалась в том, что нам не нужен этот источник света, чтобы получить желаемый тип печати».

Они искали недорогой свет низкой интенсивности, который можно было бы фокусировать аналогично фемтосекундным лазерам, и выбрали суперлюминесцентные светоизлучающие диоды (SLED) из-за их коммерческой доступности. SLED излучают свет в миллиард раз менее интенсивный, чем свет фемтосекундных лазеров.

Видео нанопечати с использованием суперлюминесцентной световой проекции (SLP). Фото: Технологический институт Джорджии.

Инновационная технология печати

Саха и Чой решили создать оригинальную технологию печати в проекционном стиле, разработав систему, которая преобразует цифровые изображения в оптические и отображает их на стеклянной поверхности. Система работает как цифровые проекторы, но создает более четкое изображение. Они использовали уникальные свойства суперлюминесцентного света для создания четко сфокусированных изображений с минимальными дефектами.

Затем они разработали прозрачный раствор чернил, состоящий из солей металлов, и добавили другие химические вещества, чтобы жидкость могла поглощать свет. Когда свет их проекционной системы попадал на раствор, это вызывало химическую реакцию, которая превращала раствор соли в металл. Наночастицы металла прилипают к поверхности стекла, а агломерация частиц металла создает наноструктуры. Поскольку это проекционный тип печати, он позволяет печатать всю структуру за один раз, а не по точкам, что делает это намного быстрее.

Сравнение размеров человеческих волос (толщина ~ 100 микрометров) и серебряной подушечки, напечатанной на покровном стекле. Фото: Технологический институт Джорджии.

После тестирования этой технологии они обнаружили, что наноразмерная печать в проекционном стиле возможна даже при освещении низкой интенсивности, но только в том случае, если изображения четко сфокусированы. Саха и Чой полагают, что исследователи могут легко повторить свою работу, используя коммерчески доступное оборудование. В отличие от дорогого фемтосекундного лазера, тип SLED, который Саха и Чой использовали в своем принтере, стоит около 3000 долларов.

Приложения

«В настоящее время только ведущие университеты имеют доступ к этим дорогостоящим технологиям, и даже тогда они расположены в общих помещениях и не всегда доступны», — сказал Чой. «Мы хотим демократизировать возможности наноразмерной 3D-печати и надеемся, что наши исследования откроют двери для более широкого доступа к этому типу процесса по низкой цене».

Исследователи говорят, что их метод будет особенно полезен для людей, работающих в области электроники, оптики и плазмоники, где требуется множество сложных металлических наноструктур.

Изображение печатного серебряного рисунка GT, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа. Фото: Технологический институт Джорджии.

«Я думаю, что показатели стоимости и скорости были сильно недооценены в научном сообществе, которое занимается изготовлением крошечных структур», — сказал Саха.

«В реальном мире эти показатели важны, когда речь идет о переносе открытий из лаборатории в промышленность. Только когда у нас будут технологии производства, учитывающие эти показатели, мы сможем в полной мере использовать нанотехнологии на благо общества».

Ссылка: «Масштабируемая печать металлических наноструктур посредством проекции сверхлюминесцентного света», Чонхо Чой и Сураб К. Саха, 22 октября 2023 г.,Передовые материалы.
DOI: 10.1002/adma.202308112

Финансирование включает гранты Школы машиностроения GWW и офиса EVPR в Технологическом институте Джорджии. Визуализация была выполнена в Технологическом институте электроники и нанотехнологий Джорджии, члене Национальной координируемой инфраструктуры нанотехнологий (NNCI), которая поддерживается Национальным научным фондом (ECCS-2025462).

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме