Nano skalės rašalinis spausdinimas

Sukurtas naujo tipo rašalinis spausdintuvas, galintis tiksliai atspausdinti įvairių medžiagų vos 250 nanometrų skersmens taškus. Rašalinis spausdintuvas leistų greitai susintetinti sudėtingas nanoskalės struktūras iš įvairių medžiagų.

Nano spausdinimas: Šiame paveikslėlyje parodyta gėlės nuotrauka, atspausdinta naudojant naują elektrohidrodinaminį rašalinį spausdintuvą. Kiekvienas taškas yra vos aštuonių mikrometrų skersmens ir sudarytas iš vienasienių anglies nanovamzdelių.

Tikslas yra gaminti, sako Džonas Rodžersas , inžinerijos profesorius Ilinojaus universitete, Urbana Champaign. Naujieji spausdintuvai gali naudoti platų medžiagų spektrą naujų prietaisų gamybai – nuo ​​plastikinės elektronikos ir lanksčių ekranų iki fotovoltinių elementų ir naujų biomedicininių jutiklių, sako Rogersas.

Tyrėjai įrodė, kad naujieji rašaliniai spausdintuvai gali atspausdinti labai tikslius elektrai laidžių polimerų ir anglies nanovamzdelių raštus; jie taip pat parodė, kad DNR galima atspausdinti jos nepažeidžiant. Sunku tai padaryti naudojant tradicinius silicio gamybos metodus, sako Rogersas.

Dažnai nanomedžiagos, reikalingos ultramažiems biomedicinos prietaisams ir nanodalelių polimerų pagrindu pagamintai elektronikai gaminti, yra tirpale, o tai reiškia, kad jos netinkamos tradiciniams mikrogamybos metodams. Dėl šios priežasties spausdinimas yra patraukli alternatyva tiek kainos, tiek sudėtingumo požiūriu, sako Heiko Wolfas IBM Ciuricho tyrimų laboratorija Nano masto konstrukcijų ir įrenginių grupė Šveicarijoje.

Tačiau nanoskalės struktūrų modeliavimas iki šiol pasirodė sudėtingas. Įprastų rašalinių spausdintuvų skiriamoji geba yra 25 mikrometrai, sako Rogersas.

Tradiciniai rašaliniai spausdintuvai veikia stumdami rašalą iš purkštuko, kad susidarytų lašeliai, kaitinant rašalą arba taikant fizinį spaudimą, kad jį išstumtų. Nors tai puikiai veikia mikrometro skalėje, paviršiaus įtempimo ir skysčio srauto problemos pradeda tapti kliūtimi, kai mokslininkai bando sumažinti. Kuo mažesnis purkštuko dydis, tuo sunkiau skysčiui tekėti per jį, sako Rogersas. Taigi jėgos, kurią reikia taikyti, kiekis padidėja neproporcingai.

Kad tai išspręstų, Rogersas ir jo kolegos taiko kitokį metodą, vadinamą elektrohidrodinaminiu rašaliniu (arba e-jet) spausdinimu. Mes traukiame skysčius, o ne stumiame, sako jis.

Tai apima elektrinių laukų naudojimą lašeliams sukurti ir priklauso nuo to, ar skystyje yra tam tikras elektriškai įkrautų dalelių arba jonų kiekis. Kapiliarinės jėgos ištraukia skystį iš rezervuaro, kad susidarytų pusiau sferinis lašelis, kabantis nuo jo krašto, kaip vandens lašas ant maišytuvo.

Naudojant elektrodus, kad būtų sukurtas elektrinis laukas tarp purkštuko antgalio ir pagrindo, ant kurio norima spausdinti medžiagą, lašelis gali būti kūgio formos, sako Rogersas. Pasak jo, jonai kaupiasi skysčio paviršiuje, kūgio viršūnėje. Dėl šios jonų koncentracijos kūgio galiukas gali atitrūkti ir suformuoti lašelį, kuris yra tik dalis kūgio tūrio.

Galite generuoti lašelius, kurie yra mažesni už purkštuko skersmenį, sako Rogersas. Jūs iš tikrųjų tik nugriebiate lašelius. Tik pačiame kūgio gale susidaro lašeliai.

Taikydami šį metodą, Rogersas ir jo kolegos parodė, kad jie gali atspausdinti 700 nanometrų pločio medžiagos linijas arba atskirus taškus, kurių skersmuo yra tik 250 nanometrų.

Be lašelių dydžio, pagerėja ir erdvinis tikslumas, sako Rogersas. Jis ir jo komanda gana netikėtai atrado, kad laukas, naudojamas kuriant lašelį, taip pat padeda nukreipti įkrautą lašelį link tikslinio substrato. Tai buvo savotiška premija, sako Rogersas.

Elektrohidrodinaminiai spausdintuvai buvo naudojami praeityje, sako Howardas Taubas , HP Labs direktoriaus pavaduotojas Palo Alto mieste, Kalifornijoje. Jo teigimu, naujovė čia yra didelė raiška.

Tačiau, sako Taubas, šie naujieji elektroniniai lėktuvai kompensuoja savo skiriamąją gebą, nes jiems trūksta greičio. Aukštą įtampą, reikalingą laukams generuoti, gali būti sunku impulsuoti, kad būtų galima greitai spausdinti. Įprasti spausdintuvai gali išleisti lašelius nuo 10 000 iki 100 000 kartų per sekundę. Kita vertus, Rogers e-jets veikia maždaug 1000 kartų per sekundę.

Vienas iš sprendimų yra naudoti rašalinių spausdintuvų galvučių masyvus, sako Taubas. Tačiau tai gali sukelti papildomų problemų, sako jis: lašeliai sąveikaus vienas su kitu, nes yra įkrauti. Taigi jūs turite laikyti juos atskirtu atstumu.

Rogersas sako, kad jo grupė sprendžia greičio problemą. Jis ir jo kolegos jau įrodė, kad purkštukai gali būti išdėstyti net 250 mikrometrų atstumu be lašelių sąveikos. Dabar jie bendradarbiauja su keliais gamintojais, siekdami komercializuoti technologiją.

paslėpti