Представьте себе, что вы можете создавать невероятно маленькие структуры с той же легкостью и устойчивостью, что и печать на бумаге. Это передовая часть микропроизводства — процесса создания микроскопических структур, которые имеют решающее значение для работы всего, от компьютерных чипов до медицинских приборов.

Традиционно микропроизводство было интенсивным процессом, включающим экологически токсичные химикаты , которые трудно безопасно утилизировать. Однако ученые из Чикагского университета надеются изменить это.

В своей последней публикации в журнале Nature Sustainability лаборатория профессора Божи Тяня разработала экологически устойчивый метод микропроизводства, в котором для создания и переноса узоров используются вода и натуральные материалы , включая бумагу.

По словам Тиана, этот процесс черпает вдохновение из природы — например, имитируя то, как гекконы естественным образом прилипают к стенам и отлипают от них.

Новое использование воды

Традиционная микротехнология, при которой с помощью фотолитографии создаются крошечные узоры микроскопического масштаба, долгое время опиралась на вредные химические вещества для производства интегральных схем, используемых в большинстве бытовых и потребительских электронных устройств.

Однако исследователи из Чикагского университета обнаружили более экологичный подход к микропроизводству, используя воду в качестве зеленого активирующего агента вместо традиционных токсичных веществ.

Их инновационная техника — это новый взгляд на старый процесс, известный как фотохимический синтез с использованием соли. Новая версия использует лазеры для создания узоров на бумаге, которые затем можно легко перенести с помощью воды.

«Мы обнаружили, что вода может мягко и эффективно отделять крошечные узоры от их основных материалов», — сказал Тянь.

Используя эту технику, команда смогла усовершенствовать процесс превращения целлюлозы в бумаге в проводящий углерод. Затем они смогли превратить этот углерод в усовершенствованные датчики, тщательно регулируя поверхности углерода и используя стимуляторы для эффективного ускорения реакций в наноматериалах.

Было доказано, что этот ценный углерод, созданный с помощью воды и лазерной печати, имеет разнообразные применения: от современных датчиков до сложных медицинских приборов.

Чуанван Ян, научный сотрудник лаборатории Тянь и первый автор статьи, добавил: «Использование воды вместо токсичных растворителей — это большой шаг вперед».

Изготовление машины

Для дальнейшего усовершенствования своего метода Ян разработал инновационный инструмент под названием «Лазерный пишущий станок с рулона на рулон». Это устройство автоматизирует лазерную запись и перенос рисунка, делая процесс более быстрым и надежным.

«На проектирование и изготовление этой машины ушло около шести месяцев, но она значительно повысила скорость производства для крупномасштабных приложений», — сказал Ян.

Признавая, что их метод, возможно, не заменит точные технологии, необходимые для создания сложных компьютерных чипов , исследователи с оптимизмом смотрят на его использование в других приложениях, таких как недорогие одноразовые датчики для медицинских испытаний или носимые устройства.

«Мы считаем, что это особенно полезно для устройств, которым не нужна исключительная точность кремниевых чипов, но при этом требуется высокая функциональность», — сказал Тянь.

Пэнцзюй Ли, аспирант лаборатории Тянь, который также работал над проектом, добавил: «Наша разработка повышает эффективность изготовления сверхтонких медицинских устройств , в том числе тех, которые используются для сердечной и нервной стимуляции и зондирования».

Используя силу природы и простые, экологически чистые материалы, инновационный метод команды готов изменить процесс микропроизводства, способствуя растущей волне зеленых технологий, определяющих будущее научно-технической отрасли.