(Phys.org) -- I ricercatori svizzeri hanno sviluppato un sistema economico, metodo veloce e riproducibile per la stampa di strutture minuscole con un metodo di stampa semplice. Ora stanno progettando uno spin-off.

Sul monitor appare una linea che si allunga in pochi secondi. Si piega ad angolo retto, cambia più volte direzione e in un paio di occasioni si incrocia finché non emerge un groviglio di linee. Poi la linea cresce più lentamente, appare più scuro, si ferma e si scurisce ulteriormente in un punto di dimensioni coerenti. Poi continua:una linea, un altro punto, linea, punto, linea, punto.

Quello che può sembrare un po' come il codice Morse è in realtà una dimostrazione di una nuova tecnica che i ricercatori dell'ETH-Zurigo hanno sviluppato presso il Laboratorio di Termodinamica nelle Tecnologie Emergenti. Il metodo consente loro di stampare la più piccola delle strutture su micro e nanoscala.

Utilizzando questo metodo di stampa, le particelle ultrafini vengono trasferite su una superficie da un capillare in modo mirato tramite un campo elettrico. A seconda di quanto tempo il materiale si accumula nello stesso punto, la struttura diventa più alta, producendo una nano-torre. Se il dottorando Patrick Galliker, che è stato determinante nello sviluppo della stampante, permette loro di diventare sempre più alti, si vedono chiaramente ribaltare a causa della loro vicinanza al capillare. Per la dimostrazione, Galliker utilizza controlli simili a quelli che si trovano nei giochi per computer. Se i ricercatori automatizzano la nano-stampante utilizzando un software speciale, può produrre autonomamente le torrette, uniformemente e senza alcuna linea di collegamento. Possono anche fare torri leggermente piegate o appoggiare due delle torri l'una contro l'altra per formare una sorta di minuscolo arco, spiega Galliker utilizzando le foto che ha scattato alle strutture.

La stampa avviene con nanoparticelle di un'ampia varietà di materiali che vengono posti in solventi. Durante la stampa, le nanoparticelle si accumulano una accanto all'altra secondo le leggi della fisica. Il solvente evapora e le nanostrutture, che può essere inferiore a 100 nanometri, sono pronti.

Manipolare la luce con le nanostrutture

I ricercatori dell'ETH di Zurigo prevedono un'ampia gamma di possibili applicazioni per il loro nuovo metodo. È solo il biglietto per le applicazioni in ottica, spiegano. Dopotutto, la luce interagisce in modo diverso con le nanostrutture rispetto agli oggetti più grandi. Superfici modificate con nanostrutture “manipolano la luce”, come dice Galliker. Queste superfici possono assorbire, concentrare e condurre la luce invece di rifletterla. Fungendo da mini-antenne, le minuscole strutture assorbono così la luce, che cade in una sorta di trappola prima di essere idealmente condotta dove serve.

Questo potrebbe essere utilizzato per aumentare l'efficienza delle celle solari a film sottile catturando la luce e incanalandola direttamente verso lo strato attivo, ad esempio. Fino ad ora, tali celle solari non utilizzavano tutta la luce in quanto ne riflettevano una parte e lasciavano sfuggire un'altra parte inutilizzata. Sono concepibili tute mimetiche con tali superfici, spiega Dimos Poulikakos, professore di termodinamica e capo del gruppo di ricerca.

Inoltre, utilizzando tali nanostrutture, nuovi tipi di velocità, rivelatori e sensori più selettivi e altamente sensibili potrebbero essere fattibili. Le nanostrutture potrebbero essere utilizzate anche in speciali microscopi ottici in cui le nanoparticelle aumentano la fluorescenza, Poulikakos aggiunge, permettendo il più piccolo degli oggetti, come singole molecole, da osservare. E, Certo, la nanostampante potrebbe essere impiegata ovunque il materiale debba essere applicato su scala nanometrica in modo mirato, come nella produzione dei moderni microprocessori:immaginate, una CPU stampata sul posto!

Metodo economico e riproducibile

Utilizzando il nuovo metodo di stampa, le minuscole strutture possono essere applicate a diverse superfici in modo rapido e riproducibile. È veloce perché la stampante può essere programmata in modo tale che il materiale venga applicato esattamente dove è necessario. La rimozione del materiale in eccesso, come è necessario con altri metodi su micro e nanoscala, non è più necessario, risparmiando risorse preziose.

Inoltre, rispetto a metodi consolidati che svolgono una funzione simile su scala nanometrica, la nuova tecnica è notevolmente meno costosa. Non ha bisogno di enormi strutture o camere bianche ultra-pure, temperature eccessivamente elevate o rapporti di pressione speciali. Funziona a fondo senza le fasi del vuoto laboriose e dispendiose in termini di tempo altrimenti necessarie.

Di conseguenza, la produttività e le dimensioni delle superfici stampate possono aumentare notevolmente durante la produzione industriale, dice Poulikakos. Inoltre, la prototipazione su scala più piccola potrebbe essere rapida ed efficiente dal punto di vista finanziario. Tutto ciò renderà il metodo notevolmente più economico delle alternative già disponibili.

Spin-off sulle carte

I ricercatori hanno ancora molto lavoro da fare. Ad esempio, vorrebbero sviluppare una testina di stampa contenente diversi capillari indirizzabili individualmente Da un lato, un tale approccio porterà ad un aumento del throughput. D'altra parte, consentirà di impilare strati di materiali diversi uno sopra l'altro aprendo ulteriori strade a prodotti futuri e progetti scientifici.

Secondo i ricercatori, le prospettive per il nuovo metodo sono promettenti. È già stata depositata una domanda di brevetto e i primi interessati dell'industria hanno già manifestato il loro interesse. Anche la fondazione di uno spin-off è in cantiere. Attualmente, i ricercatori dell'ETH di Zurigo sono coinvolti in diversi progetti con altri scienziati che hanno bisogno di nanostrutture che sarebbero in grado di produrre o procurarsi da soli solo con grandi spese.