211service.com
Nanoskala inkjet print
Der er udviklet en ny type inkjet-printer, der præcist kan printe prikker af forskellige materialer på kun 250 nanometer i diameter. Inkjetprinteren kunne gøre det muligt hurtigt at syntetisere komplekse nanoskalastrukturer ud af forskellige materialer.
Nano print: Dette billede viser et billede af en blomst trykt ved hjælp af en ny elektrohydrodynamisk inkjetprinter. Hver prik er kun otte mikrometer i diameter og består af enkeltvæggede kulstofnanorør.
Målet er at lave fremstilling, siger John Rogers , professor i ingeniørvidenskab ved University of Illinois, Urbana Champaign. De nye printere kan bruge en bred vifte af materialer til fremstilling af nye enheder, fra plastikelektronik og fleksible skærme til fotovoltaiske celler og nye biomedicinske sensorer, siger Rogers.
Forskerne har påvist, at de nye inkjet-printere kan printe meget præcise mønstre af elektrisk ledende polymerer og kulstofnanorør; de har også vist, at DNA kan printes uden at beskadige det. Det er svært at gøre dette med traditionelle siliciumfremstillingsteknikker, siger Rogers.
Ofte er de nanomaterialer, der er nødvendige for at lave ultrasmå biomedicinske enheder, og nanoskaleret polymerbaseret elektronik i løsning, hvilket betyder, at de ikke egner sig til traditionelle mikrofremstillingsteknikker. Derfor er print et attraktivt alternativ, både hvad angår omkostninger og kompleksitet, siger Heiko Wolf fra IBM Zurich Research Labs ' Nanoscale Structures and Devices Group, i Schweiz.
Men mønsterstrukturer på nanoskala har indtil videre vist sig at være udfordrende. Konventionelle inkjets er begrænset til opløsninger på omkring 25 mikrometer, siger Rogers.
Traditionelle inkjets virker ved at skubbe blæk ud af en dyse for at danne dråber, enten ved at opvarme blækket eller ved at anvende fysisk pres for at tvinge det ud. Selvom dette fungerer fint på mikrometerskalaen, begynder problemer med overfladespænding og væskeflow at blive en barriere, når forskere forsøger at gå mindre. Jo mindre dysestørrelsen er, jo sværere er det at få væske til at strømme igennem den, siger Rogers. Så mængden af kraft, du skal bruge, stiger uforholdsmæssigt.
For at overvinde dette bruger Rogers og hans kolleger en anden tilgang, kaldet elektrohydrodynamisk inkjet-udskrivning (eller e-jet). Vi trækker væskerne frem for at skubbe dem, siger han.
Dette involverer at bruge elektriske felter til at skabe dråberne og er afhængig af, at der er en vis mængde elektrisk ladede partikler eller ioner i væsken. Kapillarkræfter trækker væsken fra dens reservoir for at danne en halvkugleformet dråbe, der hænger fra dens rand, som en dråbe vand på en vandhane.
Ved at bruge elektroder til at skabe et elektrisk felt mellem dysespidsen og substratet, som man vil printe materialet på, er det muligt at gøre dråben konisk, siger Rogers. Ioner akkumuleres ved væskens overflade, ved keglens top, siger han. Denne koncentration af ioner tillader spidsen af keglen at bryde væk og danne en dråbe, der kun er en brøkdel af keglens volumen.
Du kan generere dråber, der er mindre end dysediameteren, siger Rogers. Du kniber virkelig bare dråber af. Det er kun i spidsen af keglen, at dråberne dannes.
Ved at bruge denne tilgang har Rogers og hans kolleger vist, at de kan udskrive linjer af et materiale, der er 700 nanometer bredt, eller individuelle prikker på kun 250 nanometer i diameter.
Udover størrelsen af dråberne er den rumlige nøjagtighed også forbedret, siger Rogers. Han og hans team opdagede ganske serendipitalt, at feltet, der blev brugt til at skabe dråben, også hjælper med at lede den ladede dråbe mod målsubstratet. Det var en slags bonus, siger Rogers.
Elektrohydrodynamiske printere er blevet brugt i fortiden, siger Howard Taub , associeret direktør for HP Labs, i Palo Alto, CA. Det nye her er den høje opløsning, siger han.
Men, siger Taub, hvad disse nye e-jetfly gør op for i opløsning, mangler de i hastighed. De høje spændinger, der kræves for at generere felterne, kan være svære at pulsere for at printe hurtigt. Almindelige printere kan udstøde dråber i størrelsesordenen mellem 10.000 og 100.000 gange i sekundet. Rogers' e-jetfly kører på den anden side omkring 1.000 gange i sekundet.
En løsning er at bruge arrays af inkjet-hoveder, siger Taub. Men det kan føre til yderligere problemer, siger han: Dråberne kommer til at interagere med hinanden, fordi de er ladede. Så du skal holde dem adskilt.
Rogers siger, at hans gruppe arbejder på hastighedsspørgsmålet. Han og hans kolleger har allerede vist, at dyser kan placeres helt ned til 250 mikrometer, uden at dråber interagerer. De arbejder nu sammen med flere producenter om at kommercialisere teknologien.