Доцент Сурабх Саха и аспирант Чонго Чой разработали метод печати металлических наноструктур, который в 480 раз быстрее и в 35 раз дешевле традиционного метода. Их достижение представили в журнале Advanced Materials («Передовые материалы»).
Метод наноразмерной печати металлом также называют нанопаттернированием. Сам по себе такой подход позволяет создавать уникальные структуры с привлекательными функциями для развития многих технологий, включая производство электроники, деталей для преобразования солнечной энергии, датчиков и других систем.
Принято считать, что для наноразмерной печати требуются источники света высокой интенсивности. Но соответствующий инструмент — фемтосекундный лазер — может стоить до 500 тыс. долларов, что слишком дорого для подавляющего большинства научных лабораторий и небольшого бизнеса.
Сурабх Саха сказала, что по этой причине у учёных нет возможности печатать наноматериалы быстро и по приемлемой цене. Вот почему перспективные технологии часто остаются замкнуты в стенах немногих лабораторий и не распространяются в виде доступных изделий.
И тогда коллеги задумались, а на самом ли деле им так уж необходим мощный фемтосекундный лазер, чтобы заниматься печатью изделий, чья величина измеряется в нанометрах? Для замены они искали недорогой источник светового излучения низкой интенсивности. И в итоге остановили выбор на доступных по цене суперлюминесцентных светодиодах (SLED) — эти полупроводниковые светоизлучающие детали выдают свет, в миллиард раз менее интенсивный, чем лучи фемтосекундных лазеров.
Саха и Чой решили создать оригинальную технологию проекционной печати. Для это разработали систему, которая преобразует цифровые изображения в оптические и запечатлевает их на стеклянной поверхности. Система работает подобно цифровым проекторам, но создаёт изображения с более чёткой фокусировкой. Они использовали уникальные свойства суперлюминесцентного света для создания изображений с минимальными дефектами.
На иллюстрации ниже — сравнение человеческого волоса толщиной около 100 микрометров с напечатанной на стекле серебряной «подушечкой» на стеклянном покровном стекле. Судя по идеальной ровности, волос принадлежит Чою. Пылинки тоже отлично видны, но вот напечатанная серебром выпуклость — не особо, но она там несомненно присутствует.
Затем они разработали прозрачные чернила из соли металла и с такими добавками, чтобы жидкость могла поглощать свет. Когда свет от проекционной системы попадает на раствор, это вызывает химическую реакцию, превращая раствор солей в собственно металл. Наночастицы металла пристают к поверхности стекла, и в результате металлические частицы формируют наноструктуры. По своему типу это проекционная печать. С её помощью можно напечатать всю заданную структуру за один проход, а не по отдельным точкам, и это намного ускоряет процесс.
После проверки метода изобретатели увидели, что проекционная наноразмерная печать возможна даже при освещении низкой интенсивности. Но при условии, что изображения достаточно чётко сфокусированы. Саха и Чой считают, что можно с лёгкостью повторить успех с помощью доступного на рынке коммерческого оборудования. На фоне стоимости фемтосекундного лазера направляющие, которые инженеры применили в своём экспериментальном принтере, обошлись им примерно в 3000 $, то есть в сущие «копейки».
Изобретатели уверены, что их метод особенно пригодится создателям сложных металлических наноструктур для электроники, оптики и так далее.
