(Phys.org) -- Zwitserse onderzoekers hebben een economisch, snelle en reproduceerbare methode voor het printen van minuscule structuren met een eenvoudige printmethode. Nu plannen ze een spin-off.

Er verschijnt een lijn op de monitor die binnen enkele seconden langer wordt. Het buigt af in een rechte hoek, verandert meerdere keren van richting en kruist zichzelf een paar keer totdat er een wirwar van lijnen ontstaat. Dan groeit de lijn langzamer, lijkt donkerder, stopt en wordt verder donkerder in een stip van een constante grootte. Dan gaat het verder:een lijn, nog een stip, lijn, punt, lijn, punt.

Wat misschien een beetje op morsecode lijkt, is eigenlijk een demonstratie van een nieuwe techniek die onderzoekers van ETH-Zürich hebben ontwikkeld aan het Laboratorium voor Thermodynamica in Emerging Technologies. De methode stelt hen in staat om de kleinste structuren op micro- en nanoschaal te printen.

Met behulp van deze afdrukmethode, ultrafijne deeltjes worden via een elektrisch veld gericht vanuit een capillair op een oppervlak overgebracht. Afhankelijk van hoe lang materiaal zich op dezelfde plek ophoopt, de structuur wordt groter, het maken van een nanotoren. Als promovendus Patrick Galliker, die een belangrijke rol speelde bij de ontwikkeling van de printer, laat ze steeds groter worden, ze zijn duidelijk te zien omvallen vanwege de nabijheid van het capillair. Voor de demonstratie Galliker gebruikt besturingselementen die vergelijkbaar zijn met die in computerspellen. Als de onderzoekers de nanoprinter automatiseren met speciale software, het kan de kleine torens autonoom produceren, uniform en zonder enige verbindingslijn. Ze kunnen ook torens maken die licht gebogen zijn of twee van de torens tegen elkaar laten leunen om een ​​soort kleine boog te vormen, legt Galliker uit aan de hand van foto's die hij van de constructies heeft gemaakt.

Het printen gebeurt met nanodeeltjes van een grote verscheidenheid aan materialen die in oplosmiddelen worden geplaatst. Tijdens het afdrukken, de nanodeeltjes stapelen zich volgens de wetten van de fysica naast elkaar op. Het oplosmiddel verdampt en de nanostructuren, die kleiner kan zijn dan 100 nanometer, zijn klaar.

Licht manipuleren met nanostructuren

De onderzoekers van ETH-Zürich voorzien een breed scala aan mogelijke toepassingen voor hun nieuwe methode. Het is gewoon het ticket voor toepassingen in de optica, ze leggen uit. Ten slotte, licht interageert anders met nanostructuren dan met grotere objecten. Oppervlakken die zijn aangepast met nanostructuren "manipuleren het licht", zoals Galliker het stelt. Deze oppervlakken kunnen absorberen, licht concentreren en geleiden in plaats van het te weerkaatsen. Fungeren als mini-antennes, zo zuigen de minuscule structuren het licht op, dat in een soort val valt voordat het idealiter naar de plaats wordt geleid waar het nodig is.

Dit kan worden gebruikt om de efficiëntie van dunnefilmzonnecellen te verhogen door het licht op te vangen en rechtstreeks naar de actieve laag te kanaliseren. bijvoorbeeld. Tot nu, dergelijke zonnecellen gebruikten niet al het licht omdat ze een deel ervan weerkaatsten en een ander deel ongebruikt lieten ontsnappen. Camouflagepakken met dergelijke oppervlakken zijn denkbaar, legt Dimos Poulikakos uit, hoogleraar thermodynamica en hoofd van de onderzoeksgroep.

Bovendien, met behulp van dergelijke nanostructuren, nieuwe soorten sneller, selectievere en zeer gevoelige detectoren en sensoren kunnen mogelijk zijn. De nanostructuren zouden ook gebruikt kunnen worden in speciale lichtmicroscopen waarin nanodeeltjes de fluorescentie verhogen, Poulikakos voegt toe, het mogelijk maken van de kleinste objecten, zoals individuele moleculen, geobserveerd worden. En, natuurlijk, de nanoprinter kan overal worden ingezet waar materiaal gericht op nanoschaal moet worden aangebracht, zoals bij de productie van moderne microprocessors:stel je voor, ter plekke een CPU geprint!

Economische en reproduceerbare methode

Met behulp van de nieuwe afdrukmethode, de kleine structuren kunnen op een snelle en reproduceerbare manier op verschillende oppervlakken worden aangebracht. Het is snel omdat de printer zo geprogrammeerd kan worden dat het materiaal precies daar wordt aangebracht waar het nodig is. Het verwijderen van overtollig materiaal, zoals nodig is bij andere methoden op micro- en nanoschaal, hoeft niet meer, kostbare hulpbronnen besparen.

Bovendien, vergeleken met gevestigde methoden die een vergelijkbare functie op nanoschaal vervullen, de nieuwe techniek is aanzienlijk goedkoper. Het heeft geen enorme faciliteiten of ultrazuivere cleanrooms nodig, extreem hoge temperaturen of speciale drukverhoudingen. Het werkt grondig zonder de anders noodzakelijke moeizame en tijdrovende vacuümstappen.

Als resultaat, de doorvoer en de grootte van de bedrukte oppervlakken kunnen aanzienlijk worden verhoogd tijdens industriële productie, zegt Poulikakos. Aanvullend, prototyping op de kleinste schaal zou snel en financieel efficiënt kunnen werken. Dit alles maakt de methode aanzienlijk zuiniger dan de al beschikbare alternatieven.

Spin-off op de kaarten

De onderzoekers hebben nog veel werk voor de boeg. Bijvoorbeeld, ze willen een printkop ontwikkelen met meerdere afzonderlijk adresseerbare capillairen. een dergelijke aanpak zal leiden tot een toename van de doorvoer. Anderzijds, het zal het mogelijk maken om lagen van verschillende materialen op elkaar te stapelen, wat meer mogelijkheden biedt voor toekomstige producten en wetenschappelijke projecten.

Volgens de onderzoekers is de vooruitzichten voor de nieuwe methode zijn veelbelovend. Er is al een octrooiaanvraag ingediend en de eerste geïnteresseerden uit de industrie hebben hun interesse al getoond. Zelfs de oprichting van een spin-off zit in de pijplijn. Momenteel, de onderzoekers van ETH-Zürich zijn betrokken bij verschillende projecten met andere wetenschappers die nanostructuren nodig hebben die ze alleen tegen hoge kosten zouden kunnen produceren of aanschaffen.