پرینت نانو سه بعدی با استفاده از لیتوگرافی یخ

در یک محیط خلاء  با دمای حدود منفی ۱۳۰ درجه، بخار آب می تواند به لایه ای از یخ فوق العاده صاف و نازک تبدیل شود. دانشمندان از این “یخ” ویژه برای جایگزینی مواد لاک نوری (photoresist)  در معرض اشعه الکترونی استفاده کردند. انتظار میرود این لیتوگرافی پرتوهای الکترون که از این یخ (iEBL یا یخ EBL) استفاده می کند پتانسیل فرایند های میکرو نانو سه بعدی را داشته باشد.

پرینت نانو سه بعدی با استفاده از لیتوگرافی یخ توسط محققان چینی

 

پرینتر نانو سه بعدی

در ۲۵ ژوئن ۲۰۱۸، محققان آزمایشگاه دولتی ابزارهای نوین نوری دانشگاه ژجیانگ تحت رهبری پروفسور Qiu Wei، مقاله ای با عنوان ” لیتوگرافی پرتو الکترونی سه بعدی با استفاده از یخ” در مجله Nano Letters منتشر کردند. در این مقاله روش نانوساخت سه بعدی بر اساس لیتوگرافی پرتو الکترونی و با استفاده از ice resists (iEBL) معرفی شد. این مقاله توسط یو هانگ دانشجوی دکترا در دانشگاه ژجیانگ، ژائو دینگ پروفسور و فوق دکترا و کیو یو استاد مهندسی نوری در دانشگاه West Lake نوشته شد.

IEBL توسعه تکنیک لیتوگرافی پرتو الکترونی استاندارد (EBL) است که برای طراحی دستگاه ها، سیستم ها و مواد کاربردی در مقیاس نانو استفاده می شود.

EBL روش قالب سازی را با چاپ سه بعدی ترکیب می کند. در این روش به جای ایجاد یک ماده پشتیبانی در اطراف شی سه بعدی ابتدا مواد پشتیبانی قرار گرفته و شکل هر لایه را تعیین می کند.

در آغاز یک فرایند EBL استاندارد، صفحه کار با مواد فلورسنت پوشش داده می شود. سپس نواحی انتخاب شده از پوشش فلورسنت در معرض نور قرار گرفته، حل شده و یک الگو از اولین لایه جسم را ایجاد می کنند.

پرینتر نانو سه بعدی

EBL عمل اسکن یک پرتو الکترون متمرکز برای ساخت اشکال سفارشی بر روی سطح پوشش داده شده با یک غشا حساس به الکترون به نام مقاومت (resist) است. قرار گرفتن در معرض پرتو الکترون، حلالیت مقاومت را تغییر می دهد و امکان حذف انتخابی نواحی از مقاومت از طریق غوطه ور کردن آن در یک توسعه دهنده را ایجاد می کند. مزیت اصلی لیتوگرافی پرتو الکترونی این است که می تواند الگوهای سفارشی (Direct-write) با رزولوشن ۱۰ نانومتر ایجاد کند. لرزش جزئی دستگاه، دخالت میدان مغناطیسی خارجی و تجربه اپراتور بر نتیجه نهایی این فرم نوشتن مستقیم تاثیر می گذارد. در حال حاضر دقت قرار گرفتن در معرض پرتوهای الکترون در حدود ۶۰-۸۰ نانومتر است که برابر با یک هزارم موی انسان است. با افزایش تقاضا برای کوچک سازی و اصلاح دستگاه های میکرو نانو، دانشمندان از محدودیت های فرایند لیتوگرافی آگاه شدند. ژائو دینگ، نخستین نویسنده این مقاله و محقق فوق دکترا از دانشگاه ژجیانگ می گوید: “برای ایجاد یک ساختار سه بعدی نیاز به مراحل بسیار خسته کننده و طولانی است. هر گرد و غباری در فرایند تکرار در داخل و خارج از محیط خلاء و بدون خلاء می تواند نمونه را نابود کند. یکی دیگر از محدودیت ها اینست که تمیز کردن لاک نوری سخت بوده و پسماند اجتناب ناپذیر است، که این ها همه بر دقت محصول تاثیر می گذارند. همچنین اگر آن را با تمیز کردن فراصوتی جایگزین کنید، خطر آسیب رساندن به ساختار وجود دارد. اگر یخ به جای لاک نوری استفاده شود، نتیجه بسیار متفاوت خواهد بود.”

لیتوگرافی پرتو الکترونی یخ

چند سال پیش یک تیم تحقیقاتی از دانشگاه هاروارد ایده “لیتوگرافی پرتو الکترونی یخ” را پیشنهاد کردند و تیم Qiu Wei امیدوار است که بتواند این تکنولوژی را در زمینه پردازش دستگاه های میکرو نانو سه بعدی پیش ببرد. هنگامی که یخ در معرض پرتو الکترون قرار می گیرد ناپدید شده و یک الگو ساختار سه بعدی را به جا می گذارد. این روش به طرز چشمگیری مراحل فرایند را کوتاه می کند. بنابراین آنها یک روش نانوساخت سه بعدی را براساس لیتوگرافی پرتو الکترونی با استفاده از ice resists (iEBL) پیشنهاد دادند.

پس از ۶ سال تحقیق و توسعه، تیم پروفسور Qiu Wei یک میکروسکوپ اسکن الکترونی جدید (SEM) را ایجاد کردند که در آن یک محفظه دو جداره دوار نیتروژن مایع ، انژکتور بخار آب، یک محفظه حبس هوا و یک محفظه ذوب فلز را ادغام کردند.

فرآیند پرینت نانو سه بعدی

فرآیند “iEBL” تنها نیاز به پنج مرحله دارد: خنک سازی، رسوب یخ، قرار گرفتن در معرض اشعه، تبخیر مواد و لایه برداری. تیم Qiuwei با استفاده از میکروسکوپ اسکن موفق به ایجاد اشکال نانو سه بعدی شدند. این روش کیفیت کار قابل توجه در کنار مراحل بسیار ساده ایجاد می کند. رزولوشن تا ۲۰ نانومتر و دقت موقعیت کمتر از ۱۰۰ نانومتر است.

پرینتر ۳ بعدی نانو

یک فرایند EBL استاندارد نیاز به نمایش بیشتر و توسعه مراحل برای هم ترازی و هم چنین نیاز به ۱۲ مرحله منحصر بفرد برای نانو ساخت سه بعدی دارد. کل فرآیند iEBL در یک سیستم خلاء با چرخش پوشش و توسعه مراحل مورد نیاز برای مقاومتی که معمولا مورد استفاده قرار می گیرد تشخیص داده می شود. این روش به مراحل پردازش کمتری نیاز داشته و در مقایسه با روش های معمول بدون آلودگی است.

این روش همچنین زمان لازم برای تطبیق هر لایه را کاهش می دهد. علاوه بر این، مزیت iEBL نسبت به سایر تکنولوژی های نانو چاپ سه بعدی مانند لیتوگرافی دو فوتونی، رزولوشن بالایی است که می تواند به آن دست یابد.

حالت جامد آب مانند برف ها، شبنم منجمد و یخ که در زندگی روزمره ما دیده می شود، حالت کریستالی آب است. آنچه که برای “iEBL” مورد نیاز است، یخ غیر متبلور است. زیر میکروسکوپ الکترونی اسکن، سطح یخ غیر متبلور بسیار صاف است. میکروساختار سطح یخ بلورین ناهموار بوده و دارای  لبه های زاویه دار است که عملکرد مناسب را ایجاد نمی کند.

حالت کریستالی آب
حالت کریستالی آب

آزمایشات بیشتر نشان داده اند که فقط دمای نزدیک به ۱۳۰ درجه در خلاء است که بخار آب به یخ غیر متبلور تبدیل می شود. Qiu گفت: “ما بعدا کشف کردیم که این اتفاقی است که در محیط اطراف ستاره دنباله دار می افتد و یخ در ستاره دنباله دار نیز در حالت غیر متبلور قرار دارد.”

صافی یخ به پرتو الکترون اجازه می دهد که ساختارهای سه بعدی بر روی یخ حکاکی شود. هنگ یو گفت: “ما همچنین سعی کردیم مدال نقره نانو را بر روی یک سیم نقره نانو با ضخامت یک هزارم موی انسان بگذاریم.”

Qiu Wei معتقد است که فرایند iEBL می تواند برای ایجاد دستگاه های جدید و پیچیده اپتوالکترونیک که براساس نقاط کوانتومی، نانولوله ها، نانوسیم ها، گرافن، فیبر و مواد دیگر می باشند استفاده شود. این مزایای منحصر به فرد آن را یک رقیب قوی در تکنولوژی پردازش میکرو نانو سه بعدی تبدیل می کند.

برای اینکه بدانید برای سفارش یک پروژه پرینت سه بعدی چه گام هایی را باید بردارید و آشنایی با نکات مهم برای سفارش حتما مقاله سفارش پرینت سه بعدی را مطالعه کنید.

منبع: http://www.3ders.org/

در صورت تمایل میتوانید فایل PDF این مقاله را در قسمت زیر دانلود و با ذکر منبع مورد استفاده قرار دهید.

pdfpdf پرینت نانو سه بعدی

تهیه و تنظیم از: پرینتر سه بعدی آیدیزاین

به این پست امتیاز دهید
پرینت نانو سه بعدی

مطالب مرتبط

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *