 Мелкие предметы, как правило, цепляются за все. Когда эти мелкие предметы прицепляются к чему-либо, пылесос или ролик могут помочь удалить их. Но маленькие, цепкие объекты являются серьезной проблемой в растущей области нанопроизводство. Так что же используют инженеры, когда им надо построить схемы миниатюрных размеров? Исследователи, поддерживаемые Национальным научным фондом, имеют решение: лазеры.
Чтобы понять подобное использование лазеров, важно начать с вопроса о том, почему мелкие предметы могут прилипнуть ко всему, с чем они вступают в контакт.
Когда вы кладете руку вокруг чего-то вроде банки соды, вам придется прикладывать силу через сцепление, чтобы взять ее; если не применить усилия, то сила тяжести удержит банку на земле. В этом примере, сила тяжести от массы банки вступает в дело, когда рука разжимается
Но что происходит в случае объекта намного меньшего размера? В этом случае влага и статическое электричество становятся доминирующими силами, и влияние тяжести становится минимальным. Эти силы удерживают крошечный объект на руке, иногда даже без помощи захвата.
Почти все крошечные объекты имеют большую поверхность и отсутствие веса. Адгезия связана с площадью поверхности; на малых масштабах наклеивания проходит легко, а отклеивание трудно. Это представляет собой препятствие в нанопроизводстве, где производство чрезвычайно малых структур и устройств подразумевает работу на объекты размером с ДНК, а также белков клеток, измеряемых в нанометрах. Исследователи занялись поиском возможных путей использования лазеров для разрыва сцепления мельчайших частиц. Они ориентируются на печать методом перевода – одного из типов нанопроизводства.
Подобно тому, как штамп образует чернила в письмах, которые запечатлены на бумаге, печать методом перевода использует предварительно сформированный штамп образца, в котором «чернила» с конкретными электрическими свойствами будут придерживаться. Фактическим чернилами могут быть любые из различных материалов, которые действуют в качестве полупроводника, наиболее известным из которых является кремний.
Штамп формирует чернила в наноструктуры, и некоторое их число переносят на приемную поверхность с другим набором электрических свойств, создавая наносхему.
Один из методов, используемых до сих пор, заключается в отделении наноструктур от штампов, полагаясь на выбор достаточно прочного материала «чернил», чтобы выдержать контакт с приемной поверхностью. Другой работает так же, как ворс кисти в, используя липкую принимающую поверхность, которая будет «забирать» наноструктуры штампа через адгезию.
Исследователи используют лазеры, чтобы сломать адгезионные силы на границе «штамп-чернила». Лазеры здесь не являются чем-то новым; ранее они были использованы для сварки объектов вместе. Инновации заключаются в том, чтобы сосредоточить энергию лазера таким образом, чтобы он отрывал наноструктуры от штампа с высокой степенью точности.
Процессе, использующий лазеры, обеспечивает бесконтактный подход, открывая процесс для новых материалов, которые ранее не переносились при штамповке. Дальнейшее развитие метода продолжит минимизировать потери энергии от лазера к наноструктуре, что позволяет использовать более хрупкие материалы и быструю печать.
По мере того, как наносхемы становятся более функциональными, их потенциал для применения становится шире. Например, мелкие носимые датчики могут контролировать воздух вокруг человека с астмой, чтобы помочь им избежать опасности для окружающей среды.
Расширенное производство уже дошло до такого масштаба, где инженеры строят системы с насколько меньшими компонентами, что рука уже может их просто схватить. Новые применения теперь уже знакомых инструментов, таких, как лазеры, позволят продолжать развивать инновации.
|
