ملخصات الأبحاث

طباعة نانوية ثلاثية الأبعاد باستخدام نفثات من الهباء الجوي المشحون

.W. Jung et al

  • Published online:

أطلقت الطباعة ثلاثية الأبعاد ثورة في عمليات تصنيع الإلكترونيات، والبصريات، والطاقة، والروبوتات، والهندسة البيولوجية، وتقنيات الاستشعار. ومن شأن تصغير أبعاد الطباعة ثلاثية الأبعاد أن يفتح الباب أمام تطبيقاتٍ تستفيد من خواص البِنَى الميكروية والنانوية، بيد أن التقنيات المستخدَمة حاليًّا في الطباعة النانوية ثلاثية الأبعاد للمعادن تتطلَّب مزيجًا من المعادن والبوليمرات، أو أملاحًا معدنية، أو أحبارًا انسيابية، وهو ما يقلِّل خيارات المواد المتاحة، ونقاوة البِنَى الناتجة عن عملية الطباعة. وقد سَبَق استخدام الطباعة الحجرية بالهباء الجوي لتجميع مصفوفات من بِنَى نانونية معدنية ثلاثية الأبعاد عالية النقاوة على ركيزة ذات نمط محدد سلفًا، ولكن بأبعاد هندسية محدودة. 

وفي هذا البحث المنشور، يقدم الباحثون تقنيةً يُمكن استخدامها لإجراء طباعة مباشرة ثلاثية الأبعاد لمصفوفات من بِنى نانوية معدنية ذات أبعاد هندسية قابلة للتغيير بسهولة، ويصل فيها حجم أصغر عنصر إلى مئات النانومترات، مستخدمين في ذلك مواد متنوعة. وتتم عملية الطباعة هذه في جو جاف، دون الحاجة إلى بوليمرات، أو أحبار. وبدلًا من ذلك، تُسلَّط أيونات وجسيمات هباء جوي مشحونة على طبقة حاجبة عازلة للكهرباء تحوي مصفوفةً من الثقوب. وتطفو هذه المصفوفة فوق ركيزة سيليكونية مُعرَّضة لجهد انحياز. وتتراكم الأيونات حول كل ثقب، مولِّدة بذلك عدسات كهروستاتيكية، تُركِّز جسيمات الهباء الجوي المشحونة في هيئة نفثات نانوية الحجم. بعد ذلك، تُوجَّه هذه النفثات من خلال خطوط مجال كهربائي متقاربة تتشكَّل تحت الطبقة الحاجبة التي تضم الثقوب، والتي تعمل على نحو مشابه لطريقة عمل فوهات الطابعات ثلاثية الأبعاد التقليدية، وهو ما يتيح إجراء طباعة ثلاثية الأبعاد باستخدام جسيمات الهباء الجوي على الركيزة السيليكونية.

وبتحريك هذه الركيزة في أثناء عملية الطباعة، نجح الباحثون في طباعة بِنى متنوعة ثلاثية الأبعاد، من بينها أشكال حلزونية، وأعمدة نانوية ناتئة، وحلقات، وحروف. وبالإضافة إلى ذلك، للبرهنة على التطبيقات المحتملة لهذه التقنية، قام الباحثون بطباعة مصفوفة من البِنَى التي تشكل مرنانًا رأسيًّا منقسم الحلقة. ويتوقع الباحثون أن يتيح دَمْجُ تقنية الطباعة النانوية ثلاثية الأبعاد، التي ابتكروها مع الطرق الأخرى للطباعة ثلاثية الأبعاد، إحراز تقدُّم كبير في عمليات التصنيع النانوية.