Studiuesit krijojnë një mënyrë më të shpejtë dhe më të lirë për të printuar strukturat e vogla metalike me dritë

Studiuesit në Institutin e Teknologjisë në Xhorxhia kanë zhvilluar një mjet të bazuar në dritë për printimin e strukturave metalike me madhësi nano që është dukshëm më i shpejtë dhe më i lirë se çdo teknologji e disponueshme aktualisht. Është një zgjidhje e shkallëzueshme që mund të transformojë një fushë shkencore të mbështetur për një kohë të gjatë në teknologjitë që janë tepër të shtrenjta dhe të ngadalta. Përparimi ka potencialin për të sjellë teknologji të reja nga laboratorët dhe në botë.

Përparimet teknologjike në shumë fusha mbështeten në aftësinë për të printuar struktura metalike me përmasa nano – një shkallë qindra herë më e vogël se gjerësia e një floku të njeriut. Sourabh Saha, asistent profesor në Shkollën e Inxhinierisë Mekanike George W. Woodruff dhe Jungho Choi, një Ph.D. student në laboratorin e Saha-s, zhvilloi një teknikë për printimin e nanostrukturave metalike që është 480 herë më e shpejtë dhe 35 herë më e lirë se metoda aktuale konvencionale.

Printimi i metaleve në shkallë nano – një teknikë e njohur si nanomodelimi – lejon krijimin e strukturave unike me funksione interesante. Është thelbësore për zhvillimin e shumë teknologjive, duke përfshirë pajisjet elektronike, konvertimin e energjisë diellore, sensorët dhe sistemet e tjera.

Përgjithësisht besohet se nevojiten burime drite me intensitet të lartë për printimin në shkallë nano. Por ky lloj mjeti, i njohur si lazer femtosecond, mund të kushtojë deri në gjysmë milioni dollarë dhe është shumë i shtrenjtë për shumicën e laboratorëve kërkimorë dhe bizneseve të vogla.

“Si një komunitet shkencor, ne nuk kemi aftësinë për të prodhuar mjaftueshëm nga këto nanomateriale shpejt dhe me kosto të përballueshme, dhe kjo është arsyeja pse teknologjitë premtuese shpesh mbeten të kufizuara në laborator dhe nuk përkthehen në aplikacione të botës reale,” tha Saha.

“Pyetja që ne donim t’i përgjigjenim është: ‘A na duhet vërtet një lazer femtosekondi me intensitet të lartë për të printuar në shkallë nano?’ Hipoteza jonë ishte se ne nuk kemi nevojë për atë burim drite për të marrë llojin e printimit që duam.”

Ata kërkuan për një dritë me kosto të ulët dhe me intensitet të ulët që mund të fokusohej në një mënyrë të ngjashme me lazerët femtosekondë dhe zgjodhën diodat që lëshojnë dritë superlumineshente (SLED) për disponueshmërinë e tyre komerciale. SLED lëshojnë dritë që është një miliard herë më pak intensive se ajo e laserëve femtosekondë.

Saha dhe Choi vendosën të krijojnë një teknologji origjinale printimi në stilin e projektimit, duke projektuar një sistem që konverton imazhet dixhitale në imazhe optike dhe i shfaq ato në një sipërfaqe xhami. Sistemi funksionon si projektorë dixhitalë, por prodhon imazhe që janë më të fokusuara. Ata përdorën vetitë unike të dritës superlumineshente për të gjeneruar imazhe me fokus të mprehtë me defekte minimale.

Më pas ata zhvilluan një zgjidhje të pastër boje të përbërë nga kripë metali dhe shtuan kimikate të tjera për t’u siguruar që lëngu të mund të thithte dritën. Kur drita nga sistemi i tyre i projektimit goditi tretësirën, ajo shkaktoi një reaksion kimik që e shndërroi tretësirën e kripës në metal. Nanogrimcat metalike ngjiten në sipërfaqen e xhamit, dhe grumbullimi i grimcave metalike krijon nanostrukturat. Për shkak se është një lloj printimi projeksioni, ai mund të printojë një strukturë të tërë me një hap, në vend të pikë për pikë – duke e bërë atë shumë më të shpejtë.

Pas testimit të teknikës, ata zbuluan se printimi në shkallë nano në stilin e projeksionit është i mundur edhe me dritë me intensitet të ulët, por vetëm nëse imazhet janë të fokusuara qartë. Saha dhe Choi besojnë se studiuesit mund ta përsërisin lehtësisht punën e tyre duke përdorur pajisje komerciale të disponueshme. Ndryshe nga një lazer i kushtueshëm femtosecond, lloji i SLED që Saha dhe Choi përdorën në printerin e tyre kushton rreth 3,000 dollarë.

“Për momentin, vetëm universitetet më të mira kanë akses në këto teknologji të shtrenjta, dhe madje edhe atëherë, ato janë të vendosura në ambiente të përbashkëta dhe nuk janë gjithmonë të disponueshme,” tha Choi. “Ne duam të demokratizojmë aftësinë e printimit 3D në shkallë nano dhe shpresojmë që kërkimi ynë të hapë derën për akses më të madh në këtë lloj procesi me një kosto të ulët.”

Studiuesit thonë se teknika e tyre do të jetë veçanërisht e dobishme për njerëzit që punojnë në fushat e elektronikës, optikës dhe plazmonikës, të cilat të gjitha kërkojnë një shumëllojshmëri të nanostrukturave komplekse metalike.

“Unë mendoj se metrikat e kostos dhe shpejtësisë janë nënvlerësuar shumë në komunitetin shkencor që punon në fabrikimin dhe prodhimin e strukturave të vogla,” tha Saha.

“Në botën reale, këto metrika janë të rëndësishme kur bëhet fjalë për përkthimin e zbulimeve nga laboratori në industri. Vetëm kur të kemi teknika prodhimi që marrin parasysh këto metrika, do të jemi në gjendje të shfrytëzojmë plotësisht nanoteknologjinë për përfitime shoqërore.”