211service.com
Inkoustový tisk v nanoměřítku
Byl vyvinut nový typ inkoustové tiskárny, která dokáže přesně tisknout body z různých materiálů o průměru pouhých 250 nanometrů. Inkoustová tiskárna by mohla umožnit rychlou syntézu složitých struktur v nanoměřítku z různých materiálů.
Nano tisk: Tento obrázek ukazuje obrázek květiny vytištěné pomocí nové elektrohydrodynamické inkoustové tiskárny. Každá tečka má průměr pouhých osm mikrometrů a je tvořena jednostěnnými uhlíkovými nanotrubičkami.
Cílem je dělat výrobu, říká John Rogers , profesor inženýrství na University of Illinois, Urbana Champaign. Nové tiskárny mohou používat širokou škálu materiálů pro výrobu nových zařízení, od plastové elektroniky a flexibilních displejů až po fotovoltaické články a nové biomedicínské senzory, říká Rogers.
Výzkumníci prokázali, že nové inkoustové tiskárny mohou tisknout velmi přesné vzory elektricky vodivých polymerů a uhlíkových nanotrubic; také prokázali, že DNA lze vytisknout bez jejího poškození. Je těžké to udělat s tradičními technikami výroby křemíku, říká Rogers.
Nanomateriály potřebné k výrobě ultramalých biomedicínských zařízení a elektroniky na bázi nanopolymerů jsou často v roztoku, což znamená, že se nehodí k tradičním technikám mikrovýroby. Z tohoto důvodu je tisk atraktivní alternativou, pokud jde o náklady i složitost, říká Heiko Wolf IBM Zurich Research Labs “Nanoscale Structures and Devices Group, ve Švýcarsku.
Ale vzorování struktur v nanoměřítku se zatím ukázalo jako náročné. Konvenční inkoustové tiskárny jsou omezeny na rozlišení asi 25 mikrometrů, říká Rogers.
Tradiční inkoustové tiskárny fungují tak, že vytlačují inkoust z trysky a tvoří kapičky, a to buď zahříváním inkoustu, nebo působením fyzického tlaku k jeho vytlačení. I když to na mikrometrickém měřítku funguje dobře, problémy s povrchovým napětím a prouděním tekutiny se začnou stávat překážkou, když se výzkumníci snaží zmenšit. Čím menší je velikost trysky, tím těžší je přimět tekutinu, aby skrz ni proudila, říká Rogers. Takže množství síly, kterou musíte použít, se neúměrně zvyšuje.
K překonání tohoto problému Rogers a jeho kolegové používají jiný přístup, nazývaný elektrohydrodynamický inkoustový (nebo e-jet) tisk. Tekutiny spíše vytahujeme, než že bychom je tlačili, říká.
To zahrnuje použití elektrických polí k vytvoření kapiček a spoléhá se na to, že v tekutině je určité množství elektricky nabitých částic nebo iontů. Kapilární síly vytahují tekutinu z jejího rezervoáru a vytvářejí polokulovou kapku visící z jejího okraje, jako kapka vody na kohoutku.
Použitím elektrod k vytvoření elektrického pole mezi špičkou trysky a substrátem, na který chceme tisknout materiál, je možné udělat kapku kuželovitou, říká Rogers. Ionty se hromadí na povrchu tekutiny, na vrcholu kužele, říká. Tato koncentrace iontů umožňuje, aby se špička kužele odtrhla a vytvořila kapku, která je jen zlomkem objemu kužele.
Můžete vytvářet kapky, které jsou menší než průměr trysky, říká Rogers. Opravdu jen štípáš kapky. Kapičky se tvoří pouze na samé špičce kužele.
Pomocí tohoto přístupu Rogers a jeho kolegové ukázali, že mohou tisknout čáry materiálu široké 700 nanometrů nebo jednotlivé body o průměru pouhých 250 nanometrů.
Kromě velikosti kapiček se také zlepšila prostorová přesnost, říká Rogers. On a jeho tým docela náhodou zjistili, že pole použité k vytvoření kapky také pomáhá navádět nabitou kapku směrem k cílovému substrátu. To byl jakýsi bonus, říká Rogers.
Elektrohydrodynamické tiskárny byly používány v minulosti, říká Howard Taub , zástupce ředitele HP Labs v Palo Alto, CA. Novinkou je zde vysoké rozlišení, říká.
Ale, říká Taub, co tyto nové e-jet vynahrazují v rozlišení, které jim chybí v rychlosti. Vysoké napětí potřebné pro generování polí může být obtížné pulzovat, aby bylo možné rychle tisknout. Běžné tiskárny dokážou vytlačit kapičky řádově 10 000 až 100 000krát za sekundu. Na druhou stranu Rogersovy e-jety pracují rychlostí přibližně 1 000krát za sekundu.
Jedním z řešení je použít pole inkoustových hlav, říká Taub. Ale to může vést k dalším problémům, říká: Kapičky se budou vzájemně ovlivňovat, protože jsou nabité. Takže byste je museli držet od sebe.
Rogers říká, že jeho skupina pracuje na problému rychlosti. On a jeho kolegové již ukázali, že trysky lze umístit až do vzdálenosti 250 mikrometrů, aniž by se kapičky vzájemně ovlivňovaly. Nyní spolupracují s několika výrobci na komercializaci technologie.