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Stampa a getto d'inchiostro su scala nanometrica
È stato sviluppato un nuovo tipo di stampante a getto d'inchiostro in grado di stampare con precisione punti di vari materiali di soli 250 nanometri di diametro. La stampante a getto d'inchiostro potrebbe consentire di sintetizzare rapidamente complesse strutture su nanoscala da vari materiali.
Nano stampa: Questa immagine mostra l'immagine di un fiore stampato utilizzando una nuova stampante a getto d'inchiostro elettroidrodinamica. Ogni punto ha un diametro di soli otto micrometri ed è costituito da nanotubi di carbonio a parete singola.
L'obiettivo è fare produzione, dice John Rogers , professore di ingegneria all'Università dell'Illinois, Urbana Champaign. Le nuove stampanti possono utilizzare un'ampia gamma di materiali per la produzione di nuovi dispositivi, dall'elettronica in plastica e display flessibili alle celle fotovoltaiche e ai nuovi sensori biomedici, afferma Rogers.
I ricercatori hanno dimostrato che i nuovi getti d'inchiostro possono stampare modelli molto precisi di polimeri conduttori di elettricità e nanotubi di carbonio; hanno anche dimostrato che il DNA può essere stampato senza danneggiarlo. È difficile farlo con le tradizionali tecniche di fabbricazione del silicio, afferma Rogers.
Spesso i nanomateriali necessari per realizzare dispositivi biomedici ultrapiccoli e l'elettronica basata su polimeri su scala nanometrica sono in soluzione, il che significa che non si prestano alle tradizionali tecniche di microfabbricazione. Per questo motivo, la stampa è un'alternativa interessante, in termini sia di costi che di complessità, afferma Heiko Wolf di Laboratori di ricerca IBM Zurigo ' Nanoscale Structures and Devices Group, in Svizzera.
Ma la modellazione delle strutture su scala nanometrica si è finora rivelata impegnativa. I getti d'inchiostro convenzionali sono limitati a risoluzioni di circa 25 micrometri, afferma Rogers.
I getti d'inchiostro tradizionali funzionano spingendo l'inchiostro fuori da un ugello per formare goccioline, riscaldando l'inchiostro o applicando una pressione fisica per forzarlo fuori. Anche se questo funziona bene su scala micrometrica, i problemi di tensione superficiale e flusso del fluido iniziano a diventare una barriera quando i ricercatori cercano di rimpicciolirsi. Più piccola è la dimensione dell'ugello, più difficile è far fluire il fluido attraverso di essa, afferma Rogers. Quindi la quantità di forza che devi applicare aumenta in modo sproporzionato.
Per superare questo problema, Rogers e i suoi colleghi utilizzano un approccio diverso, chiamato stampa a getto d'inchiostro elettroidrodinamico (o e-jet). Tiriamo i fluidi invece di spingerli, dice.
Ciò comporta l'utilizzo di campi elettrici per creare le goccioline e si basa sulla presenza di una certa quantità di particelle caricate elettricamente, o ioni, all'interno del fluido. Le forze capillari tirano il fluido dal suo serbatoio per formare una gocciolina semisferica che pende dal suo bordo, come una goccia d'acqua su un rubinetto.
Usando elettrodi per creare un campo elettrico tra la punta dell'ugello e il substrato su cui si vuole stampare il materiale, è possibile rendere conica la goccia, afferma Rogers. Gli ioni si accumulano sulla superficie del fluido, all'apice del cono, dice. Questa concentrazione di ioni consente alla punta del cono di staccarsi e formare una gocciolina che è solo una frazione del volume del cono.
È possibile generare goccioline più piccole del diametro dell'ugello, afferma Rogers. Stai davvero solo pizzicando le goccioline. È solo sulla punta del cono che si formano le goccioline.
Utilizzando questo approccio, Rogers e i suoi colleghi hanno dimostrato di poter stampare linee di un materiale larghe 700 nanometri o singoli punti di appena 250 nanometri di diametro.
Oltre alla dimensione delle goccioline, viene migliorata anche la precisione spaziale, afferma Rogers. Lui e il suo team hanno scoperto in modo abbastanza fortuito che il campo utilizzato per creare la gocciolina aiuta anche a guidare la gocciolina carica verso il substrato bersaglio. Era una specie di bonus, dice Rogers.
Le stampanti elettroidrodinamiche sono state utilizzate in passato, afferma Howard Taub , direttore associato di HP Labs, a Palo Alto, CA. La novità qui è l'alta risoluzione, dice.
Ma, dice Taub, ciò che questi nuovi e-jet compensano in termini di risoluzione mancano di velocità. Le alte tensioni richieste per generare i campi possono essere difficili da pulsare per stampare velocemente. Le stampanti normali possono espellere goccioline dell'ordine da 10.000 a 100.000 volte al secondo. Gli e-jet di Rogers, d'altra parte, funzionano a circa 1.000 volte al secondo.
Una soluzione è utilizzare array di testine a getto d'inchiostro, afferma Taub. Ma questo può portare a ulteriori problemi, dice: Le goccioline interagiranno tra loro perché sono cariche. Quindi dovresti tenerli distanziati.
Rogers dice che il suo gruppo sta lavorando sul problema della velocità. Lui e i suoi colleghi hanno già dimostrato che gli ugelli possono essere posizionati fino a 250 micrometri senza che le goccioline interagiscano. Ora stanno lavorando con diversi produttori per commercializzare la tecnologia.