Kan de fabricage van de geïntegreerde schakelingen en chips voor onze alledaagse elektronische apparaten eenvoudiger worden gemaakt, veiliger en goedkoper door simpelweg gekleurd licht aan en uit te kunnen zetten?

Onderzoekers van de Queensland University of Technology (QUT), Het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) en de Universiteit Gent hebben hiertoe een stap gezet door te pionieren met een systeem dat zichtbare, gekleurd licht om de reacties van een krachtig chemisch koppelingsmiddel te veranderen.

Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Natuurcommunicatie .

• Onderzoekers gebruikten groen laserlicht om de reactiviteit van triazolinedionen (TAD's) te controleren, koppelingsmiddelen die snel bindingen aangaan met andere chemicaliën, nodig om materialen te maken
• Onder groen licht reageerden de TAD's niet meer; toen het licht uitging, de TAD's werden weer zeer reactief
• Het lichtschakelproces kan meerdere keren worden herhaald
• Het experiment toonde aan dat twee verschillende producten kunnen worden gemaakt vanuit dezelfde opstelling door eenvoudig gekleurd licht aan en uit te schakelen

Professor Barner-Kowollik, van de faculteit Wetenschap en Techniek van QUT, en professor Filip Du Prez van de Universiteit Gent co-superviseerden het gezamenlijke internationale onderzoeksproject. Hoofdauteur Hannes Houck voert promotieonderzoeken uit bij de drie partnerinstellingen, ondersteund door het Fonds Wetenschappelijk Onderzoek-Vlaanderen (FWO).

Professor Barner-Kowollik zei dat de mogelijkheid om zichtbaar licht te gebruiken als een op afstand bediende aan/uit chemische reactieschakelaar mogelijkheden opende voor toekomstige industriële toepassingen in de chemische en geavanceerde productie, inclusief fabricage van computerchips.

"Momenteel, ultraviolet (UV) licht, die kortere golflengten heeft dan licht in het zichtbare spectrum, wordt in de industrie gebruikt om chemische processen aan te drijven, " hij zei.

"Industriële processen die gebruik maken van minder schadelijk zichtbaar licht zijn schaars - een schril contrast met wat er in de natuur gebeurt.

"Voor planten, zichtbaar licht speelt een cruciale rol in chemische processen. Bomen oogsten overdag licht en gebruiken dit als energiebron om te groeien, daarbij zuurstof vrijgeven. 's Nachts, echter, als er geen licht meer is, het chemische proces wordt gewijzigd en planten geven kooldioxide af.

"We zijn geïnspireerd door dergelijke natuurlijke processen en hebben voor het eerst een volledig lichtschakelbaar chemisch reactiesysteem ontworpen."

Het onderzoeksteam zei dat hun systeem kan worden toegepast om lichtgevoelige materialen te maken voor 3D-laserlithografie, waardoor het mogelijk is om zeer kleine structuren te printen die bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt voor de fabricage van computerchips. 3D-laserlithografie is een vorm van 3D-printen met direct laserlicht, en gebruikt voor het maken van zeer precieze structuren in het microbereik, zoals steigers voor cellen.

QUT onderzoekt toepassingen voor 3D-laserlithografie met de vooraanstaande KIT-natuurkundige professor Martin Wegener.

"Hedendaagse chipfabricage is een complexe, en duur, systeem van chemische processen, "Zei professor Barner-Kowollik. "Hier, vanwege de zogenaamde lichtdiffractielimiet, Er wordt gebruik gemaakt van straling met korte golflengten - wat zeer hard UV-licht is.

"Maar wat als we zichtbaar licht zouden kunnen gebruiken om bepaalde chemische processen omkeerbaar om te schakelen en de lichtdiffractielimiet te omzeilen en zeer, zeer kleine structuren, bijvoorbeeld vijf nanometer breed?

"In staat zijn om chemische reactiviteit binnen 3D-laserlithografie te veranderen, kan een revolutie teweegbrengen in het printen van chips, en goedkoper maken, eenvoudiger en veiliger.

"Er zijn aanzienlijke barrières te overwinnen, maar mogelijk zou het systeem dat we hebben bedacht met zichtbaar licht als chemisch deactiveringsmechanisme een manier kunnen zijn om dat te bereiken."