(Phys.org) - Schweiziska forskare har utvecklat en ekonomisk, snabb och reproducerbar metod för utskrift av små strukturer med en enkel utskriftsmetod. Nu planerar de en spin-off.

En linje visas på monitorn och blir längre inom några sekunder. Den böjer sig av i rät vinkel, byter riktning flera gånger och korsar sig vid ett par tillfällen tills en härva av linjer kommer fram. Sedan växer linjen långsammare, verkar mörkare, stannar och mörknar ytterligare i en prick av konsekvent storlek. Sedan fortsätter det:en rad, en annan prick, linje, punkt, linje, punkt.

Det som kan låta lite som morsekod är faktiskt en demonstration av en ny teknik som forskare från ETH-Zürich har utvecklat vid Laboratory of Thermodynamics in Emerging Technologies. Metoden gör det möjligt för dem att skriva ut de minsta strukturer i mikro- och nanoskala.

Med denna utskriftsmetod, ultrafina partiklar överförs till en yta från en kapillär på ett riktat sätt via ett elektriskt fält. Beroende på hur länge material samlas på samma plats, strukturen blir högre, producerar ett nanotorn. Om doktoranden Patrick Galliker, som var avgörande för att utveckla skrivaren, låter dem bli allt högre, de kan tydligt ses välta på grund av sin närhet till kapillären. För demonstrationen, Galliker använder kontroller liknande de som finns i datorspel. Om forskarna automatiserar nano-skrivaren med hjälp av speciell programvara, den kan producera de små tornen självständigt, enhetligt och utan några som helst anslutningsledningar. De kan också göra torn som är lätt böjda eller luta två av tornen mot varandra för att bilda en sorts liten båge, förklarar Galliker med hjälp av foton han tog av strukturerna.

Tryckningen sker med nanopartiklar av en mängd olika material som placeras i lösningsmedel. Under utskrift, nanopartiklarna ackumuleras bredvid varandra enligt fysikens lagar. Lösningsmedlet avdunstar och nanostrukturerna, som kan vara mindre än 100 nanometer, är redo.

Manipulerar ljus med nanostrukturer

ETH-Zürich-forskarna ser för sig ett brett spektrum av möjliga tillämpningar för deras nya metod. Det är bara biljetten för applikationer inom optik, de förklarar. Trots allt, ljus interagerar annorlunda med nanostrukturer än med större föremål. Ytor som har modifierats med nanostrukturer "manipulerar ljuset", som Galliker uttrycker det. Dessa ytor kan absorbera, koncentrera och leda ljus istället för att reflektera det. Fungerar som miniantenner, de små strukturerna suger alltså upp ljuset, som faller i en slags fälla innan det idealiskt förs dit det behövs.

Detta kan användas för att öka effektiviteten hos tunnfilmssolceller genom att fånga ljuset och kanalisera det direkt mot det aktiva lagret, till exempel. Tills nu, sådana solceller använde inte allt ljus eftersom de reflekterade en del av det och lät en annan del komma ut oanvänd. Kamouflagedräkter med sådana ytor är tänkbara, förklarar Dimos Poulikakos, professor i termodynamik och chef för forskargruppen.

Dessutom, använder sådana nanostrukturer, nya typer av snabbare, mer selektiva och mycket känsliga detektorer och sensorer kan vara möjliga. Nanostrukturerna kan också användas i speciella ljusmikroskop där nanopartiklar ökar fluorescensen, Poulikakos tillägger, möjliggör de minsta föremål, såsom enskilda molekyler, att observeras. Och, självklart, nano-skrivaren skulle kunna användas varhelst material behöver appliceras i nanoskala på ett målinriktat sätt, såsom vid produktion av moderna mikroprocessorer:föreställ dig, en CPU tryckt på plats!

Ekonomisk och reproducerbar metod

Med den nya utskriftsmetoden, de små strukturerna kan appliceras på olika ytor på ett snabbt och reproducerbart sätt. Det går snabbt eftersom skrivaren kan programmeras på ett sådant sätt att material appliceras precis där det behövs. Avlägsnande av överflödigt material, som är nödvändigt med andra metoder på mikro- och nanoskala, behövs inte längre, spara värdefulla resurser.

Dessutom, jämfört med etablerade metoder som utför en liknande funktion på nanoskala, den nya tekniken är betydligt billigare. Det behöver inte enorma faciliteter eller ultrarena renrum, extremt höga temperaturer eller speciella tryckförhållanden. Den fungerar grundligt utan de annars nödvändiga arbetskrävande och tidskrävande vakuumstegen.

Som ett resultat, genomströmningen och storleken på de tryckta ytorna kan ökas avsevärt under industriell produktion, säger Poulikakos. Dessutom, prototyper i minsta skala skulle kunna fungera snabbt och ekonomiskt effektivt. Allt detta kommer att göra metoden betydligt mer ekonomisk än de alternativ som redan finns.

Spin-off på korten

Forskarna har fortfarande mycket arbete framför sig. Till exempel, de skulle vilja utveckla ett skrivhuvud som innehåller flera individuellt adresserbara kapillärer Å ena sidan, ett sådant tillvägagångssätt kommer att leda till en ökning av genomströmningen. Å andra sidan, det kommer att göra det möjligt att stapla lager av olika material ovanpå varandra och öppna ytterligare vägar för framtida produkter och vetenskapsprojekt.

Enligt forskarna, utsikterna för den nya metoden är lovande. En patentansökan har redan lämnats in och de första intressenterna från industrin har redan visat sitt intresse. Till och med grunden för en spin-off är i pipelinen. För närvarande, forskarna från ETH-Zürich är involverade i flera projekt med andra forskare som behöver nanostrukturer som de bara skulle kunna producera eller skaffa själva till stora kostnader.