Des chercheurs américains ont développé une méthode basée sur la lumière pour imprimer des nanostructures métalliques qui est nettement plus rapide et moins coûteuse que n’importe quelle technologie actuellement disponible. Cette solution évolutive pourrait transformer un domaine scientifique qui dépend depuis longtemps de technologies coûteuses et lentes.
Cette découverte a le potentiel d’apporter de nouvelles technologies du laboratoire au monde réel.
Une technique d’impression plus rapide et moins chère
Les progrès technologiques dans de nombreux domaines dépendent de la capacité à imprimer des structures métalliques de taille nanométrique – une échelle des centaines de fois plus petite que la largeur d’un cheveu humain.
Sourabh Saha, professeur adjoint àÉcole de génie mécanique George W. Woodruffet Jungho Choi, doctorant au laboratoire de Saha, ont développé une technique d’impression de nanostructures métalliques 480 fois plus rapide et 35 fois moins cher que la méthode conventionnelle actuelle.
Le rôle crucial de la nanomodélisation
L’impression métallique à l’échelle nanométrique – une technique connue sous le nom de nanopatterning – permet de créer des structures uniques dotées de fonctions intéressantes. Il est essentiel au développement de nombreuses technologies, notamment les appareils électroniques, la conversion de l’énergie solaire, les capteurs et autres systèmes.
Il est généralement admis que des sources lumineuses de haute intensité sont nécessaires pour l’impression à l’échelle nanométrique. Mais ce type d’outil, connu sous le nom de laser femtoseconde, peut coûter jusqu’à un demi-million de dollars et s’avère trop coûteux pour la plupart des laboratoires de recherche et des petites entreprises.
Une alternative abordable aux lasers femtoseconde
« En tant que communauté scientifique, nous n’avons pas la capacité de produire suffisamment de ces nanomatériaux rapidement et à moindre coût. C’est pourquoi les technologies prometteuses sont souvent confinées au laboratoire et ne se traduisent pas en applications concrètes. », a déclaré Sourabh Saha.
« La question à laquelle nous voulions répondre est la suivante : « Avons-nous vraiment besoin d’un laser femtoseconde de haute intensité pour imprimer à l’échelle nanométrique ? » Notre hypothèse était que nous n’avions pas besoin de cette source de lumière pour obtenir le type d’impression souhaité. »
Ils ont recherché une lumière bon marché et de faible intensité, pouvant être focalisée de la même manière que les lasers femtoseconde, et ont choisi des diodes électroluminescentes superluminescentes (Traîneau) en raison de leur disponibilité commerciale. Les SLED émettent une lumière un milliard de fois moins intense que celle des lasers femtoseconde.
Technologie d’impression innovante
Les chercheurs voulaient créer une technologie d’impression originale de type projection, en concevant un système qui convertit les images numériques en images optiques et les affiche sur une surface en verre. Le système fonctionne comme des projecteurs numériques, mais produit des images plus nettes. Ils ont utilisé les propriétés uniques de la lumière superluminescent pour générer des images nettes avec un minimum de défauts.
Ils ont ensuite développé une solution d’encre transparente composée de sel métallique et ont ajouté d’autres produits chimiques pour garantir que le liquide puisse absorber la lumière. Lorsque la lumière de leur système de projection frappait la solution, elle provoquait une réaction chimique qui transformait la solution saline en métal.
Les nanoparticules métalliques adhèrent à la surface du verre et l’agglomération des particules métalliques crée le nanostructures. Puisqu’il s’agit d’un type d’impression par projection, il peut imprimer une structure entière en une seule fois, plutôt que point par point, ce qui la rend beaucoup plus rapide.
Des résultats prometteurs
Après avoir testé la technique, ils ont découvert que l’impression à l’échelle nanométrique par projection est possible même dans une lumière de faible intensité, mais uniquement si les images sont parfaitement focalisées. Les chercheurs peuvent facilement reproduire leurs travaux à l’aide d’équipements disponibles dans le commerce. Contrairement à un laser femtoseconde coûteux, le type de SLED utilisé par Saha et Choi dans leur imprimante coûte environ 3 000 dollars.
« Actuellement, seules les meilleures universités ont accès à ces technologies coûteuses, mais même dans ce cas, elles se trouvent dans des installations partagées et ne sont pas toujours disponibles. Jungho Choi a ajouté. ” Nous voulons démocratiser la possibilité de démocratiser l’impression 3D à l’échelle nanométrique et nous espérons que nos recherches ouvriront la porte à un accès plus large à ces types de processus à faible coût. »
Une technique utile dans plusieurs domaines
Les chercheurs affirment que leur technique sera particulièrement utile aux personnes travaillant dans les domaines de l’électronique, de l’optique et de la plasmonique, qui nécessitent tous une variété de nanostructures métalliques complexes.
« Je pense que les mesures de coût et de vitesse sont très sous-estimées dans la communauté scientifique concernée par la fabrication et la production de petites structures. », a précisé Sourabh Saha.
« Dans le monde réel, ces mesures sont importantes lorsqu’il s’agit de traduire les découvertes du laboratoire à l’industrie. Ce n’est que si nous disposons de techniques de production qui tiennent compte de ces mesures que nous pourrons utiliser pleinement les nanotechnologies au profit de la société. »
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que le nanomodelage ?
Le nanopatterning est une technique qui vous permet de créer des structures uniques à l’échelle nanométrique. Il est essentiel au développement de nombreuses technologies, notamment les appareils électroniques, la conversion de l’énergie solaire, les capteurs et autres systèmes.
Qu’est-ce qu’un laser femtoseconde ?
Un laser femtoseconde est un outil qui émet une lumière de haute intensité. Il est généralement utilisé pour l’impression à l’échelle nanométrique, mais son coût élevé le rend inaccessible à la plupart des laboratoires de recherche et des petites entreprises.
Qu’est-ce qu’une diode électroluminescente superluminescente (SLED) ?
Un SLED est une source lumineuse peu coûteuse et de faible intensité qui peut être focalisée de la même manière que les lasers femtoseconde. Les SLED émettent une lumière un milliard de fois moins intense que celle des lasers femtoseconde.
Quelle est l’innovation la plus importante de cette recherche ?
La principale innovation de ces recherches est de créer une méthode d’impression de nanostructures métalliques à la fois plus rapide et moins coûteuse que les techniques actuelles. Cette méthode utilise des SLED au lieu de lasers femtosecondes coûteux.
Quels sont les avantages potentiels de cette nouvelle méthode d’impression ?
Cette nouvelle méthode d’impression pourrait rendre la nanotechnologie plus accessible et plus abordable, ce qui pourrait stimuler l’innovation dans de nombreux domaines technologiques.
Les références
Crédit : Institut de technologie de Géorgie
Saha, S. et Choi, J. (2024). Une manière basée sur la lumière d’imprimer des structures métalliques de taille nanométrique. Matériaux avancés. EST CE QUE JE: 10.1002/adma.202308112
[ Rédaction ]
