Los investigadores están ideando una forma más rápida y económica de imprimir pequeñas estructuras metálicas con luz

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Doctor. El estudiante Jungho Choi controla los niveles de brillo del LED en un sistema SLP. Crédito: Instituto de Tecnología de Georgia

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Doctor. El estudiante Jungho Choi controla los niveles de brillo del LED en un sistema SLP. Crédito: Instituto de Tecnología de Georgia

Investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia han desarrollado una forma basada en la luz para imprimir estructuras metálicas de tamaño nanométrico, que es mucho más rápida y económica que cualquier tecnología disponible actualmente. Es una solución escalable que podría transformar un campo científico que durante mucho tiempo ha dependido de tecnologías costosas y lentas. Este avance tiene el potencial de traer nuevas tecnologías del laboratorio al mundo.

El progreso tecnológico en muchos campos depende de la capacidad de imprimir estructuras metálicas de tamaño nanométrico, una escala cientos de veces más pequeña que el ancho de un cabello humano. Saurabh Saha, profesor asistente en la Escuela de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff, y Jongho Choi, Ph.D. Un estudiante del laboratorio de Saha ha desarrollado una técnica para imprimir nanoestructuras metálicas que es 480 veces más rápida y 35 veces más barata que el método convencional actual.

Su investigación es publicado en la revista Materiales avanzados.

La impresión de metales a nanoescala, una técnica conocida como nanopatterning, permite la creación de estructuras únicas con funciones interesantes. Es fundamental para el desarrollo de muchas tecnologías, incluidos dispositivos electrónicos, conversión de energía solar, sensores y otros sistemas.

Vídeo de nanoimpresión mediante proyección de superluz (SLP). Crédito: Instituto de Tecnología de Georgia

En general, se cree que para la nanoimpresión se necesitan fuentes de luz de alta intensidad. Pero este tipo de instrumento, conocido como láser de femtosegundo, puede costar hasta medio millón de dólares y es demasiado caro para la mayoría de los laboratorios de investigación y las pequeñas empresas.

«Como comunidad científica, no tenemos la capacidad de producir una cantidad suficiente de estos nanomateriales de forma rápida y asequible, razón por la cual las tecnologías prometedoras a menudo permanecen confinadas al laboratorio y no se traducen en aplicaciones en el mundo real», afirmó Saha. .

«La pregunta que queríamos responder era: '¿Realmente necesitamos un láser de femtosegundo de alta intensidad para imprimir a nanoescala?' Nuestra hipótesis era que no necesitamos una fuente de luz para obtener el tipo de impresión que queremos».

Buscaron luz de bajo costo y baja intensidad que pudiera enfocarse de manera similar a los láseres de femtosegundos, y seleccionaron diodos emisores de luz superluminiscentes (SLED) para comercializarlos. Los SLED emiten luz mil millones de veces menos intensa que un láser de femtosegundo.

Saha y Choi se propusieron crear una tecnología de impresión de estilo de visualización original, diseñando un sistema que convierte imágenes digitales en imágenes ópticas y las muestra en una superficie de vidrio. El sistema funciona como proyectores digitales pero produce imágenes más nítidas. Aprovecharon las propiedades únicas de la superluz para producir imágenes nítidas y con mínimas imperfecciones.

Comparación del tamaño del cabello humano (aproximadamente 100 micrómetros de espesor) versus una almohadilla de plata impresa en una cubierta de vidrio. Crédito: Instituto de Tecnología de Georgia

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Comparación del tamaño del cabello humano (aproximadamente 100 micrómetros de espesor) versus una almohadilla de plata impresa en una cubierta de vidrio. Crédito: Instituto de Tecnología de Georgia

Luego desarrollaron una solución de tinta transparente que consistía en una sal mineral y agregaron otros químicos para garantizar que el líquido pudiera absorber la luz. Cuando la luz de su sistema de proyección incide en la solución, provoca una reacción química que convierte la salmuera en un mineral. Las nanopartículas metálicas se adhieren a la superficie del vidrio y la aglomeración de las partículas metálicas crea las nanoestructuras. Al ser un tipo de impresión por proyección, puede imprimir una estructura completa a la vez, en lugar de punto por punto, lo que lo hace mucho más rápido.

Después de probar esta técnica, descubrieron que la nanoimpresión de estilo proyección es posible incluso con luz de baja intensidad, pero sólo si las imágenes están nítidamente enfocadas. Saha y Choi creen que los investigadores pueden replicar fácilmente su trabajo utilizando dispositivos disponibles comercialmente. A diferencia del costoso láser de femtosegundo, el tipo de SLED que Saha y Choi utilizaron en su impresora cuesta alrededor de 3.000 dólares.

«En la actualidad, sólo las grandes universidades tienen acceso a estas costosas tecnologías, e incluso entonces, están ubicadas en instalaciones compartidas y no siempre están disponibles», dijo Choi. «Queremos democratizar la capacidad de imprimir en 3D a nanoescala y esperamos que nuestra investigación abra la puerta a un mayor acceso a este tipo de proceso a bajo costo».

Los investigadores dicen que su tecnología será particularmente útil para las personas que trabajan en los campos de la electrónica, la óptica y la plasmónica, todos los cuales requieren una variedad de nanoestructuras metálicas complejas.

El profesor asistente Saurabh Saha y Jongho Choi (estudiante de doctorado) frente a un sistema de visualización de luz súper brillante en Georgia Tech. Crédito: Instituto de Tecnología de Georgia

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El profesor asistente Saurabh Saha y Jongho Choi (estudiante de doctorado) frente a un sistema de visualización de luz súper brillante en Georgia Tech. Crédito: Instituto de Tecnología de Georgia

Imagen de microscopio electrónico de barrido del patrón de plata GT impreso. Crédito: Instituto de Tecnología de Georgia

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Imagen de microscopio electrónico de barrido del patrón de plata GT impreso. Crédito: Instituto de Tecnología de Georgia

«Creo que las métricas de costo y velocidad están muy infravaloradas en la comunidad científica que trabaja en la fabricación y fabricación de estructuras pequeñas», dijo Saha.

«En el mundo real, estas métricas son importantes cuando se trata de trasladar los descubrimientos del laboratorio a la industria. Sólo cuando tengamos técnicas de fabricación que tengan en cuenta estas métricas podremos aprovechar plenamente la nanotecnología para el beneficio social».

más información:
Jongho Choi et al., Impresión escalable de nanoestructuras metálicas mediante proyección de luz superluminiscente, Materiales avanzados (2023). doi: 10.1002/adma.202308112

Información de la revista:
Materiales avanzados


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