Investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia han desarrollado un medio basado en la luz para imprimir estructuras metálicas de tamaño nanométrico que es significativamente más rápido y más barato que cualquier tecnología disponible actualmente. Es una solución escalable que podría transformar un campo científico que durante mucho tiempo ha dependido de tecnologías prohibitivamente caras y lentas. El avance tiene el potencial de sacar nuevas tecnologías de los laboratorios al mundo.
Los avances tecnológicos en muchos campos dependen de la capacidad de imprimir estructuras metálicas de tamaño nanométrico, una escala cientos de veces más pequeña que el ancho de un cabello humano. Sourabh Saha, profesor asistente en la Escuela de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff, y Jungho Choi, Ph.D. Un estudiante del laboratorio de Saha desarrolló una técnica para imprimir nanoestructuras metálicas que es 480 veces más rápida y 35 veces más barata que el método convencional actual. Su investigación se publica en la revista Advanced Materials.
La impresión de metal a nanoescala, una técnica conocida como nanopatterning, permite la creación de estructuras únicas con funciones interesantes. Es crucial para el desarrollo de muchas tecnologías, incluidos dispositivos electrónicos, conversión de energía solar, sensores y otros sistemas.
En general, se cree que se requieren fuentes de luz de alta intensidad para la impresión a nanoescala. Pero este tipo de herramienta, conocida como láser de femtosegundo, puede costar hasta medio millón de dólares y es demasiado cara para la mayoría de los laboratorios de investigación y las pequeñas empresas.
“Como comunidad científica, no tenemos la capacidad de producir suficientes nanomateriales de forma rápida y asequible, y es por eso que las tecnologías prometedoras a menudo se limitan al laboratorio y no se traducen en aplicaciones del mundo real”, dijo Saha.
“La pregunta que queríamos responder es: ‘¿Realmente necesitamos un láser de femtosegundo de alta intensidad para imprimir a nanoescala?’ Nuestra hipótesis era que no necesitamos esa fuente de luz para obtener el tipo de impresión que queremos”.
Buscaron una luz de bajo costo y baja intensidad que pudiera enfocarse de una manera similar a los láseres de femtosegundos y eligieron diodos emisores de luz superluminiscentes (SLED) por su disponibilidad comercial. Los SLED emiten luz mil millones de veces menos intensa que la de los láseres de femtosegundo.
Saha y Choi se propusieron crear una tecnología de impresión de estilo de proyección original, diseñando un sistema que convierte imágenes digitales en imágenes ópticas y las muestra en una superficie de vidrio. El sistema funciona como proyectores digitales pero produce imágenes más enfocadas. Aprovecharon las propiedades únicas de la luz superluminiscente para generar imágenes nítidamente enfocadas con defectos mínimos.
Luego desarrollaron una solución de tinta transparente compuesta de sal metálica y agregaron otros químicos para asegurarse de que el líquido pudiera absorber la luz. Cuando la luz de su sistema de proyección incidió en la solución, provocó una reacción química que convirtió la solución salina en metal. Las nanopartículas metálicas se adhirieron a la superficie del vidrio y la aglomeración de las partículas metálicas crea las nanoestructuras. Debido a que es un tipo de impresión por proyección, puede imprimir una estructura completa de una sola vez, en lugar de punto por punto, lo que lo hace mucho más rápido.
Después de probar la técnica, descubrieron que la impresión a nanoescala estilo proyección es posible incluso con luz de baja intensidad, pero sólo si las imágenes están nítidamente enfocadas. Saha y Choi creen que los investigadores pueden replicar fácilmente su trabajo utilizando hardware disponible comercialmente. A diferencia de un costoso láser de femtosegundo, el tipo de SLED que Saha y Choi utilizaron en su impresora cuesta alrededor de 3.000 dólares.
“En la actualidad, sólo las mejores universidades tienen acceso a estas costosas tecnologías, e incluso entonces, están ubicadas en instalaciones compartidas y no siempre están disponibles”, dijo Choi. “Queremos democratizar la capacidad de la impresión 3D a nanoescala y esperamos que nuestra investigación abra la puerta a un mayor acceso a este tipo de proceso a bajo costo”.
Los investigadores dicen que su técnica será particularmente útil para las personas que trabajan en los campos de la electrónica, la óptica y la plasmónica, que requieren una variedad de nanoestructuras metálicas complejas.
“Creo que las métricas de costo y velocidad han sido muy infravaloradas en la comunidad científica que trabaja en la fabricación de estructuras diminutas”, dijo Saha.
“En el mundo real, estas métricas son importantes cuando se trata de trasladar los descubrimientos del laboratorio a la industria. Sólo cuando tengamos técnicas de fabricación que tengan en cuenta estas métricas podremos aprovechar plenamente la nanotecnología para el beneficio social”.
Fuente: Phys.org.
