Pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia desenvolveram um meio baseado em luz para imprimir estruturas metálicas de tamanho nanométrico que é significativamente mais rápido e mais barato do que qualquer tecnologia atualmente disponível. É uma solução escalável que poderá transformar um campo científico há muito dependente de tecnologias que são proibitivamente caras e lentas. A inovação tem o potencial de trazer novas tecnologias dos laboratórios para o mundo.

Os avanços tecnológicos em muitos campos dependem da capacidade de imprimir estruturas metálicas de tamanho nanométrico – uma escala centenas de vezes menor que a largura de um fio de cabelo humano. Sourabh Saha, professor assistente da Escola de Engenharia Mecânica George W. Woodruff, e Jungho Choi, Ph.D. estudante do laboratório de Saha, desenvolveu uma técnica de impressão de nanoestruturas metálicas 480 vezes mais rápida e 35 vezes mais barata que o método convencional atual.

A pesquisa deles foi publicada na revista Advanced Materials .

A impressão de metal em nanoescala – uma técnica conhecida como nanopadronização – permite a criação de estruturas únicas com funções interessantes. É crucial para o desenvolvimento de muitas tecnologias, incluindo dispositivos eletrônicos, conversão de energia solar, sensores e outros sistemas.

Geralmente, acredita-se que fontes de luz de alta intensidade são necessárias para impressão em nanoescala. Mas este tipo de ferramenta, conhecida como laser de femtosegundo, pode custar até meio milhão de dólares e é demasiado cara para a maioria dos laboratórios de investigação e pequenas empresas.

“Como comunidade científica, não temos a capacidade de produzir quantidades suficientes destes nanomateriais de forma rápida e acessível, e é por isso que tecnologias promissoras muitas vezes ficam limitadas ao laboratório e não são traduzidas em aplicações do mundo real”, disse Saha. .

“A pergunta que queríamos responder é:'Precisamos realmente de um laser de femtosegundo de alta intensidade para imprimir em nanoescala?' Nossa hipótese era que não precisamos dessa fonte de luz para obter o tipo de impressão que desejamos.”

Eles procuraram uma luz de baixo custo e baixa intensidade que pudesse ser focada de maneira semelhante aos lasers de femtossegundos e escolheram diodos emissores de luz superluminescentes (SLEDs) para sua disponibilidade comercial. Os SLEDs emitem luz um bilhão de vezes menos intensa que a dos lasers de femtossegundos.

Saha e Choi decidiram criar uma tecnologia de impressão original em estilo de projeção, projetando um sistema que converte imagens digitais em imagens ópticas e as exibe em uma superfície de vidro. O sistema funciona como projetores digitais, mas produz imagens com foco mais nítido. Eles aproveitaram as propriedades exclusivas da luz superluminescente para gerar imagens nitidamente focadas com defeitos mínimos.

Eles então desenvolveram uma solução de tinta transparente composta de sal metálico e adicionaram outros produtos químicos para garantir que o líquido pudesse absorver luz. Quando a luz do seu sistema de projeção atingiu a solução, causou uma reação química que converteu a solução salina em metal. As nanopartículas metálicas aderem à superfície do vidro, e a aglomeração das partículas metálicas cria as nanoestruturas. Por ser um tipo de impressão de projeção, ela pode imprimir uma estrutura inteira de uma só vez, em vez de ponto por ponto, tornando-a muito mais rápida.

Depois de testar a técnica, eles descobriram que a impressão em nanoescala no estilo de projeção é possível mesmo com luz de baixa intensidade, mas apenas se as imagens estiverem bem focadas. Saha e Choi acreditam que os pesquisadores podem replicar facilmente seu trabalho usando hardware disponível comercialmente. Ao contrário de um caro laser de femtosegundo, o tipo de SLED que Saha e Choi usaram em sua impressora custa cerca de US$ 3 mil.

“Atualmente, apenas as melhores universidades têm acesso a estas tecnologias caras e, mesmo assim, elas estão localizadas em instalações partilhadas e nem sempre disponíveis”, disse Choi. “Queremos democratizar a capacidade da impressão 3D em nanoescala e esperamos que nossa pesquisa abra portas para maior acesso a esse tipo de processo a baixo custo”.

Os pesquisadores dizem que sua técnica será particularmente útil para pessoas que trabalham nas áreas de eletrônica, óptica e plasmônica, que exigem uma variedade de nanoestruturas metálicas complexas.

• 

• 

“Acho que as métricas de custo e velocidade têm sido muito subvalorizadas na comunidade científica que trabalha na fabricação de estruturas minúsculas”, disse Saha.

"No mundo real, essas métricas são importantes quando se trata de traduzir as descobertas do laboratório para a indústria. Somente quando tivermos técnicas de fabricação que levem essas métricas em consideração seremos capazes de aproveitar totalmente a nanotecnologia para benefício social."

Mais informações: Jungho Choi et al, Impressão Escalável de Nanoestruturas Metálicas através de Projeção de Luz Superluminescente, Materiais Avançados (2023). DOI:10.1002/adma.202308112
Informações do diário: Materiais Avançados

Fornecido pelo Instituto de Tecnologia da Geórgia