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La nano stampa diventa grande
Una tecnica di stampa che potrebbe eliminare caratteristiche di appena decine di nanometri su scala industriale sta finalmente uscendo dal laboratorio. Il nuovo sistema di litografia nanoimprint roll-to-roll potrebbe essere utilizzato per sfornare in modo economico ed efficiente pellicole ottiche con nano-modelli per migliorare le prestazioni di display e celle solari.
Nano stampa: Questo foglio di plastica di 10 x 30 centimetri (in alto) è stato modellato con una serie di linee polimeriche su nanoscala utilizzando la litografia con nanoimprinting roll-to-roll (in basso). Il film è iridescente a causa del modo in cui le sue caratteristiche su scala nanometrica diffondono la luce.
La litografia nanoimprint utilizza la forza meccanica per premere un modello su scala nanometrica e può creare caratteristiche molto più piccole rispetto alla litografia ottica, che sta raggiungendo i suoi limiti fisici. La tecnica è stata sviluppata come strumento per miniaturizzare i circuiti integrati e una manciata di aziende, tra cui Impronte molecolari di Austin, TX, lo stanno ancora sviluppando per questa applicazione.
Finora, tuttavia, è stato difficile ampliare la litografia con nanoimprinting in modo affidabile. Per ottenere la risoluzione necessaria per stampare transistor, ad esempio, è necessario utilizzare un timbro piatto di pochi centimetri quadrati e che deve essere spostato ripetutamente su una superficie. Questo non è pratico quando si stampano film di grandi dimensioni per molte altre applicazioni. I display e le celle solari richiedono la stampa su un'area molto più ampia e poi il taglio in fogli, afferma Jay Guo , professore associato di ingegneria elettrica e informatica presso l'Università del Michigan. Devi farlo in modo continuo.
Per risolvere questo problema, Guo ha sviluppato un timbro che può essere utilizzato per la nanoimprinting roll-to-roll su ampie aree. La sua configurazione utilizza uno stampo polimerico avvolto attorno a un cilindro rotante per premere un modello in un materiale chiamato resist che si trova sopra un supporto in vetro rigido o uno in polimero. Per realizzare il componente finito, il motivo viene poi fissato da un lampo di luce ultravioletta. Il processo, descritto nella rivista ACS Nano ,può essere fatto continuamente a una velocità di un metro al minuto, e Guo dice che lo ha usato per stampare caratteristiche piccole come 50 nanometri su un'area larga sei pollici. Questa risoluzione non è abbastanza buona per realizzare circuiti integrati, ma è adeguata per la stampa di dispositivi ottici come concentratori di luce e reticoli.
Questa non è la prima volta che la stampa roll-to-roll è stata esplorata per la litografia nanoimprint. Ma Yong Chen , professore di scienza e ingegneria dei materiali presso l'Università della California, Los Angeles, afferma che il gruppo del Michigan ha reso questo processo più affidabile con una minore densità di difetti.
A prima vista la nuova stampante roll-to-roll assomiglia a una macchina da stampa per giornali, ma è molto più complessa. La qualità del nano prodotto finale dipende dal raggiungimento del giusto equilibrio di proprietà nei materiali di stampa. Il silicio e altri materiali rigidi utilizzati per realizzare i normali timbri per litografia a nanostampa non possono essere avvolti attorno a un cilindro. Quindi Guo ha selezionato un polimero abbastanza rigido da funzionare come un timbro affidabile, ma anche abbastanza flessibile da avvolgere i rulli della stampante. Anche il resist finito deve aderire al supporto senza essere troppo viscoso e deve polimerizzare rapidamente senza restringersi.
Questo lavoro è un importante progresso industriale, che dovrebbe [consentire] un'applicazione più ampia del nanoimprinting, afferma Stephen Chou , professore di ingegneria elettrica all'Università di Princeton e pioniere della litografia nanoimprint dalla fine degli anni '90.
Il processo sviluppato dal gruppo di Guo potrebbe essere utilizzato per realizzare dispositivi nanofotonici su larga scala ed elettronica stampata ad alte prestazioni, aggiunge Ali Javey , assistente professore di ingegneria elettrica e informatica presso l'Università della California, Berkeley. Tuttavia, Javey, che sta sviluppando metodi di stampa a rullo per materiali elettronici come i nanofili di silicio, avverte che la longevità degli stampi deve essere risolta prima che la tecnica possa essere ampiamente adottata dall'industria. Sarebbe molto interessante se lo stampo non dovesse essere sostituito spesso, al fine di rendere il processo il più continuo possibile, afferma Javey.
I ricercatori del Michigan lavoreranno per ridurre la risoluzione raggiunta dalla tecnica e svilupparla per la produzione. Guo afferma che il suo gruppo sta lavorando con aziende interessate a utilizzare il processo di stampa per i propri prodotti. Questa è una tecnica di base che può essere utilizzata per fare molte cose, dice.