L'ugello spara un getto di nanotubi di carbonio con plasma di elio spento e acceso. Quando il plasma è spento, la densità dei nanotubi di carbonio è piccola. Il plasma focalizza i nanotubi sul substrato con alta densità e buona adesione. Credito:L'ugello spara un getto di nanotubi di carbonio con plasma di elio spento e acceso. Quando il plasma è spento, la densità dei nanotubi di carbonio è piccola. Il plasma concentra i nanotubi sul substrato con alta densità e buona adesione. CREDITO:NASA Ames Research Center
La stampa ha fatto molta strada dai tempi di Johannes Gutenberg. Ora, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo metodo che utilizza il plasma per stampare nanomateriali su un oggetto 3D o una superficie flessibile, come carta o stoffa. La tecnica potrebbe rendere più facile ed economico costruire dispositivi come sensori chimici e biologici indossabili, dispositivi di memoria flessibili e batterie, e circuiti integrati.
Uno dei metodi più comuni per depositare nanomateriali, come uno strato di nanoparticelle o nanotubi, su una superficie è con una stampante a getto d'inchiostro simile a una normale stampante trovata in un ufficio. Sebbene utilizzino una tecnologia consolidata e siano relativamente economici, le stampanti a getto d'inchiostro hanno dei limiti. Non possono stampare su tessuti o altri materiali flessibili, figuriamoci oggetti 3D. Devono anche stampare inchiostro liquido, e non tutti i materiali sono facilmente trasformabili in un liquido.
Alcuni nanomateriali possono essere stampati utilizzando tecniche di stampa aerosol. Ma il materiale deve essere riscaldato a diverse centinaia di gradi per consolidarsi in un film sottile e liscio. Il passaggio aggiuntivo è impossibile per la stampa su stoffa o altri materiali che possono bruciare, e significa un costo maggiore per i materiali che possono sopportare il calore.
Il metodo al plasma salta questa fase di riscaldamento e funziona a temperature non molto più alte di 40 gradi Celsius. "Puoi usarlo per depositare cose su carta, plastica, cotone, o qualsiasi tipo di tessuto, " ha affermato Meyya Meyyappan del NASA Ames Research Center. "È ideale per substrati morbidi." Inoltre non richiede che il materiale di stampa sia liquido.
I ricercatori, dalla NASA Ames e dallo Stanford Linear Accelerator Center, descrivono il loro lavoro sulla rivista dell'American Institute of Physics Lettere di fisica applicata .
L'ugello spara un getto di nanotubi di carbonio con plasma di elio spento e acceso. Quando il plasma è spento, la densità dei nanotubi di carbonio è piccola. Il plasma focalizza i nanotubi sul substrato con alta densità e buona adesione. Credito:NASA Ames Research Center
Hanno dimostrato la loro tecnica stampando uno strato di nanotubi di carbonio su carta. Hanno mescolato i nanotubi in un plasma di ioni di elio, che poi hanno fatto saltare attraverso un ugello e su carta. Il plasma concentra le nanoparticelle sulla superficie della carta, formando uno strato consolidato senza bisogno di ulteriore riscaldamento.
Il team ha stampato due semplici sensori chimici e biologici. La presenza di determinate molecole può modificare la resistenza elettrica dei nanotubi di carbonio. Misurando questo cambiamento, il dispositivo può identificare e determinare la concentrazione della molecola. I ricercatori hanno realizzato un sensore chimico che rileva il gas ammoniaca e un sensore biologico che rileva la dopamina, una molecola legata a disturbi come il morbo di Parkinson e l'epilessia.
Ma queste erano solo semplici prove di principio, ha detto Meyyappan. "C'è una vasta gamma di applicazioni di biorilevamento". Per esempio, puoi realizzare sensori che monitorino biomarcatori della salute come il colesterolo, o patogeni di origine alimentare come E. coli e Salmonella.
Poiché il metodo utilizza un semplice ugello, è versatile e può essere facilmente scalato. Per esempio, un sistema potrebbe avere molti ugelli come un soffione, permettendogli di stampare su grandi aree. O, l'ugello potrebbe agire come un tubo flessibile, liberi di spruzzare nanomateriali sulle superfici di oggetti 3D.
"Può fare cose che la stampa a getto d'inchiostro non può fare, " Ha detto Meyyappan. "Ma tutto ciò che la stampa a getto d'inchiostro può fare, può essere piuttosto competitivo."
Il metodo è pronto per la commercializzazione, Meyyappan ha detto, e dovrebbe essere relativamente poco costoso e semplice da sviluppare. Proprio adesso, i ricercatori stanno progettando la tecnica per stampare altri tipi di materiali come il rame. Possono quindi stampare i materiali utilizzati per le batterie su sottili fogli di metallo come l'alluminio. Il foglio può quindi essere arrotolato in minuscole batterie per cellulari o altri dispositivi.
