در سال‌های اخیر پرینت سه بعدی، که به عنوان تولید افزودنی نیز شناخته می‌شود، خود را به عنوان یک فرآیند تولید نویدبخش جدید برای طیف گسترده‌ای از اجزاء معرفی کرده است.
دکتر دیمیتری موموتنکو، شیمیدان دانشگاه اولدنبورگ، اکنون موفق به ساخت اجسام فلزی بسیار کوچک با استفاده از روش جدید چاپ سه بعدی شده است. در مقاله ای که به همراه تیمی از محققان از ETH زوریخ (سوئیس) و دانشگاه فنی نانیانگ (سنگاپور) در مجله علمی Nano Letters منتشر شد، او گزارش داد که این تکنیک کاربردهای بالقوه ای در میکروالکترونیک، فناوری حسگر و فناوری باتری دارد. این تیم یک تکنیک الکتروشیمیایی ایجاد کرده اند که می تواند برای ساخت اجسام از مس فقط 25 میلیاردم متر (معادل 25 نانومتر) قطر استفاده کند. برای مقایسه، یک موی انسان حدود 3000 برابر ضخیم‌تر از نانوساختارهای فیلیگر است.
تکنیک چاپ جدید بر اساس فرآیند نسبتاً ساده و شناخته شده آبکاری الکتریکی است. در آبکاری الکتریکی، یون های فلزی دارای بار مثبت در یک محلول معلق می شوند. هنگامی که مایع با یک الکترود با بار منفی تماس پیدا می کند، یون های فلزی با الکترون های موجود در الکترود ترکیب می شوند تا اتم های فلزی خنثی را تشکیل دهند که سپس روی الکترود رسوب کرده و به تدریج یک لایه فلزی جامد را تشکیل می دهند. موموتنکو می‌گوید: «در این فرآیند، یک فلز جامد از محلول نمک مایع ساخته می‌شود - فرآیندی که ما الکتروشیمی‌دان‌ها می‌توانیم آن را به‌طور موثر کنترل کنیم.» او برای تکنیک چاپ نانو خود از محلولی از یون‌های مس دارای بار مثبت در یک پیپت کوچک استفاده می‌کند. مایع از نوک پیپت از طریق یک نازل چاپ بیرون می آید. در آزمایشات این تیم، دهانه نازل بین 253 تا 1.6 نانومتر قطر داشت. تنها دو یون مس می توانند به طور همزمان از چنین دهانه کوچکی عبور کنند.
نظارت بر پیشرفت فرایند چاپ
بزرگترین چالش دانشمندان این بود که با رشد لایه فلزی، دهانه نازل چاپ گرایش به مسدود شدن دارد. برای جلوگیری از این امر، تیم تکنیکی را برای نظارت بر پیشرفت فرآیند چاپ توسعه داد. آنها جریان الکتریکی بین الکترود بستر با بار منفی و یک الکترود مثبت در داخل پیپت را ثبت کردند و سپس حرکت نازل بر این اساس در یک فرآیند کاملاً خودکار تنظیم شد: نازل برای مدت کوتاهی به الکترود منفی نزدیک شد و سپس به‌محض جمع‌آوری شد. چون ضخامت لایه فلزی از حد معینی فراتر رفته بود. با استفاده از این تکنیک، محققان به تدریج لایه‌های مس را یکی پس از دیگری بر روی سطح الکترود اعمال کردند. به لطف موقعیت بسیار دقیق نازل، آنها می‌توانستند هم ستون‌های عمودی و هم نانوساختارهای مایل یا مارپیچی را چاپ کنند و حتی با تغییر جهت چاپ، ساختارهای افقی تولید کنند.
آنها همچنین قادر به کنترل قطر ساختارها با دقت بسیار زیادی بودند - اولاً از طریق انتخاب اندازه نازل چاپ و ثانیاً در طول فرآیند واقعی چاپ بر اساس پارامترهای الکتروشیمیایی. به گفته این تیم، کوچکترین اجسام ممکنی که می توان با استفاده از این روش چاپ کرد، قطری در حدود 25 نانومتر دارد که معادل 195 اتم مس پشت سر هم است.
ترکیبی از چاپ فلز و دقت نانومقیاس
این بدان معناست که با تکنیک جدید الکتروشیمیایی می‌توان اشیاء فلزی بسیار کوچک‌تری را نسبت به قبل چاپ کرد. برای مثال، پرینت سه بعدی با استفاده از پودرهای فلزی - یک روش معمولی برای پرینت سه بعدی فلزات - در حال حاضر می تواند وضوحی در حدود 100 میکرومتر داشته باشد. بنابراین کوچکترین اشیایی که می توان با استفاده از این روش تولید کرد، 4000 برابر بزرگتر از آنهایی است که در مطالعه کنونی وجود دارد. اگرچه حتی می توان سازه های کوچکتر را با استفاده از تکنیک های دیگر تولید کرد، انتخاب مواد بالقوه محدود است. موموتنکو می‌گوید: «فناوری که ما روی آن کار می‌کنیم، هر دو دنیا را ترکیب می‌کند - چاپ فلز و دقت نانو. او توضیح می دهد که همانطور که چاپ سه بعدی انقلابی را در تولید اجزای پیچیده بزرگتر به وجود آورده است، تولید افزودنی در مقیاس های میکرو و نانو می تواند ساخت ساختارهای کاربردی و حتی دستگاه هایی با ابعاد فوق العاده کوچک را ممکن کند.
موموتنکو می‌گوید: «کاتالیست‌های چاپ سه‌بعدی با مساحت سطح بالا و هندسه ویژه برای ایجاد واکنش‌پذیری خاص را می‌توان برای تولید مواد شیمیایی پیچیده آماده کرد. او می‌افزاید که الکترودهای سه بعدی می‌توانند ذخیره انرژی الکتریکی را کارآمدتر کنند. شیمیدان و تیمش در حال حاضر برای رسیدن به این هدف کار می کنند: در پروژه NANO-3D-LION خود قصد دارند تا سطح الکترودها را به شدت افزایش دهند و فاصله بین کاتد و آند را در باتری های لیتیوم یون از طریق چاپ سه بعدی کاهش دهند. به منظور سرعت بخشیدن به فرآیند شارژ.
های فن تک از شما دعوت می کند نظرات خود را در مورد این مقاله به اشتراک بگذارید