Печатный станок Гуттенберга воссоздан в наномасштабе
 Нанопечать, организованная по принципу печатного станка Гуттенберга, потенциально позволит снизить стоимость производства устройств наномасштаба. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Различные методики производства нанокомпонент, в частности, электроннолучевая и сканирующая литография, позволяют создавать структуры много меньшие по размеру, чем те, что доступны для современной фотолитографии. Однако подобные методики «прямой печати» имеют один существенный недостаток: они работают слишком медленно. Это означает, что они не могут использоваться для коммерческого производственного процесса. Подобное медленное производство можно сравнить разве что ручной переписью книг еще до изобретения печатного станка.
В свое время бурному росту популярности книг способствовало изобретение Гуттенбергом в 1440-х годах печатного станка. Придуманный им процесс сегодня известен каждому школьнику: он задействовал печатающий пресс, переносящий чернила на бумагу или ткань. Вдохновленная блестящей идеей Гуттенберга, совместная группа ученых из Monash University (Австралия) и Lawrence Berkeley National Lab (США) решили применить эту проверенную временем технологию для аналогичной печати в наномасштабе. Как и в случае с печатным процессом Гуттенберга, исследователи надеялись на массовое, но, в то же время, простое и дешевое производство электронных компонент для наноустройств. Подробно результаты эксперимента приведены статье, опубликованной в журнале Angewandte Chemie International Edition.
«Печатный пресс» в поставленном эксперименте был произведен из кремния, покрытого фоторезистивным материалом, на котором формировалась маска (отпечаток которой планировалось получить на образце). Создание маски обеспечивал электронный луч, при облучении которым фоторезистивный материал удалялся с поверхности кремния. Впоследствии поверхность покрывалась золотом, которое оседало лишь на таких пустых областях, формируя основу для печатного процесса.
Следующим шагом исследователи приготовили молекулярные цепи полиэтилен гликоля, имеющие положительно заряженные амино-группы на одном из концов молекулы, и разместили их на золотой поверхности посредством серно-водородных групп. Подготовленный таким образом «печатный пресс» опускался в «чернила», состоящие из золотых наночастиц, покрытых отрицательно заряженными молекулами ДНК. Электростатическое притяжение обеспечивало «прилипание чернил» к поверхности «пресса» (молекулы ДНК притягивались к амино-группам). В дальнейшем «чернила» переносились на «бумагу»: при соприкосновении с кремниевой подложкой, наночастицы золота прилипали к ее поверхности, формируя желаемые структуры.
Разработанная техника позволяет наносить на кремниевую поверхность наночастицы размерами всего 40 нм. При этом разрешение картинки получается близким к размеру одной наночастицы. Подобный результат до сих пор был недоступен привычными технологиями создания микроотпечатков, которые ограничивались разрешением порядка 150 нм.
Полный «печатный» процесс все еще включает ряд сложностей, которые придется преодолеть перед началом массового применения разработанной техники для производства компонент электронных устройств. К примеру, на сегодняшний день пока еще для качественной печати требуется, чтобы «пресс» регенерировался после нескольких циклов. Для преодоления этой проблемы команда на данный момент занимается поиском альтернативной стратегии печати на базе гибких материалов. По их мнению, подобный подход обеспечит лучший контакт между «прессом» и «бумагой» при гораздо меньшем давлении, что снизит повреждения при создании отпечатка.
Также по теме:
- Улучшение топлив при помощи наночастиц
- Наночастицы позволят эффективно превращать тепло в электричество
Источники: