پرینت سه بعدی نانو – پرینتر سه بعدی

پرینت سه بعدی نانو

با تکنیک جدید Caltech ساختارهای فلزی مجتمع با ساختار روی نانو سه بعدی پرینت می شود . پرینت سه بعدی نانو یک تکنیک کوچک است که بسیاری از محققان برای توسعه بیشتر آن  تلاش می کنند و پرینت سه بعدی نانو (مواد با فلز) ، یکی از مهمترین چالش ها است. اما محققان در Caltech یک تکنیک را ایجاد کرده اند که امکان پرینت سه بعدی نانو مواد پیچیده را فراهم می کند. هنگامی که روند آنها افزایش می یابد، می تواند برای برنامه های کاربردی مانند ایجاد مدار منطقی سه بعدی بر روی تراشه های کامپیوتری، ایجاد ایمپلنت های کوچک پزشکی و مهندسی بسیار سبک وزن هواپیما استفاده شود.

                   پرینت سه بعدی نانو

دانشمند مواد شیمیایی جولیا گرر، که گروه  گرین را اداره می کند و استاد علوم مواد، مکانیک و مهندسی پزشکی در بخش علوم مهندسی و کاربردی کالتچ است، وهمچنین در مورد پرینت معماری بسیار کوچک سه بعدی متخصص است. گروه  سه بعدی، ساختارهای خود را با استفاده از انواع مواد مانند ترکیبات آلی و سرامیک پرینت می کنند، و آنها را با ترمینال هایی که فقط نانومتر هستند، میسازند. با این حال، فلزها هنگام ساخت با ساختارهایی که نصف عرض یک موی انسان هستند، به سختی قابل پرینت سه بعدی می باشد که  اثبات شده است، این چیزی است که این گروه در آن متخصص است.

تکنیک ها

لیتوگرافی دو فوتون تکنیک پرینت سه بعدی است که می تواند ویژگی های نانومواد را کمتر از یک صد عرض موی انسان تولید کند. پرینت سه بعدی نانو در مواد شامل این فرآیند است، در حالیکه یک لیزر با دقت بالا مایع را در مکان های خاصی از ماده با دو فوتون متوقف می کند. لیزر می تواند پلیمرهای مایع را به جامد ها تبدیل کند  اما تا زمانی که با ترکیبات  فلز یکی نشده باشد.

“Greer توضیح داد: فلزات به همان اندازه که رزین های پلیمری را ما برای ساخت ساختارها در مقیاس نانو استفاده می کنیم، به نور پاسخ نمی دهد یک واکنش شیمیایی رخ می دهد که وقتی که نور با یک پلیمر ارتباط برقرار می کند، باعث می شود که آن را سخت تر کند و سپس به یک شکل خاص شکل بگیرد.

در یک فلز، این فرایند اساسا غیر ممکن است.

اما آندری Vyatskikh، یکی از دانشجویان تحصیلات تکمیلی گرین، خلاق بود و رزین را با استفاده از لیگاندهای آلی، که مولکول هایی است که به فلز متصل می شدند، توسعه دادند. رزین عمدتا از پلیمر تشکیل شده است، اما دارای فلز قابل پرینت و قابل حمل است. با ساخت این داربست های آلی که حاوی یون های فلزی بود، او توانست ساختارهای فلزی را که بسیار کوچکتر از آنچه قبلا امکان پذیر بود، پرینت کند.

                     پرینت سه بعدی نانو

تیم تحقیقاتی

تیم تحقیقاتی تکنیک جدید را در یک مطالعه با عنوان «ساخت افزودنیهای فلزات نانو سه بعدی »، که در مجله Nature Communications منتشر شد، توصیف کرد. همکاران این مقاله عبارتند از: Vyatskikh، Stéphane Delalande از مرکز تکنیک  Vélizy در فرانسه، Caltech Resnick موسسه پایداری دانش پژوهان Akira Kudo، Xuan Zhang از دانشگاه Tsinghua در چین، دانشجوی کارشناسی مهندسی مکانیک کارلوس Portela، و Greer. وزارت دفاع تحقیقات برای تأمین مالی .

این مقاله می گوید: “اکثر روش های موجود برای تولید افزودنی (AM) فلزات به طور ذاتی محدود به ~ 20-50 میکرون رزولوشن است، که باعث می شود آنها برای تولید ساختارهای فلزی پیچیده سه بعدی با ویژگی های کوچکتر غیر قابل قبول باشد. ما یک فرایند مبتنی بر لیتوگرافی را برای ایجاد ساختار پیچیده  پرینت سه بعدی نانو ساختمانی با رزولوشن ~ 100 نانومتر ساختیم.

ابتدا ترکیبات آلی و معدنی هیبریدی را که حاوی خوشه های نیتروژن برای تولید یک ریزساختار غنی از فلز هستند، سنتز می کنیم، سپس از لیتوگرافی دو فوتونی برای ساخت داربست های پلیمر سه بعدی استفاده می کنیم و آنها را به صورت فیزیکی تجزیه می کنیم که 90٪ معماری. ما نانولوله هایی با هندسه های اکتان، سلول های 2 واحد میکرومتر و پرتوهای قطر 300-400 را از نانوکریستال، نانوساختار، نانوذرات ، نانوساختار 20 نانومتری تشکیل میدهیم. آزمایشات نانومکانیک نشان می دهد که قدرت خاص خود را به 2.1-7.2 MPa g ^ (-1) cm ^ 3 نشان می دهد که قابل مقایسه با معماری شبکه است که با استفاده از فرآیندهای AM فلز موجود ساخته شده است. ”

پرینت سه بعدی نانو

روش آزمایشات

برای آزمایش دقیق در این مقاله، Vyatskikh تولید  یک مایع است که به شدت شبیه شربت سرفه با ترکیب مولکول های نیکل و آلی. سپس تیم ، طراحی یک ساختار و تولید آن را با استفاده از فرآیند لیتوگرافی دو فوتون ( لیزر) می تواند ایجاد کند. پیوند شیمیایی قوی بین مولکول، اجازه می دهد تا آنها را بلوک های ساخت و ساز سخت را ایجاد کنند. نیکل در ساختار گنجانده شده است، زیرا مولکول ها به اتم های نیکل پیوند دارند.

ساختار بر روی یک اجاق قرار داده شد که آن را به آرامی به 1000 درجه سانتیگراد در یک محفظه خلاء، که به مراتب پایین تر از نقطه ذوب نیکل است برساند، و به اندازه کافی برای تحریک مواد آلی داغ  است، و تنها بخش های فلزی ساختار را پشت سر گذاشت، قرار داده شد. ذرات فلزی نیز با هم ترکیب شده و در حالی که این فرآیند با حرارت منحصر به فردی، به نام pyrolysis، مقدار زیادی از مواد را در ساختار تبخیر کرد، ابعاد آن به میزان 80٪ کاهش یافت.

اما نسبت آن و شکل پرینت سه بعدی آن باقی مانده است.

نویسنده Vyatskikh بطور سربسته توضیح داد: “این انقباض نهایی بخش بزرگی از این است که ما می توانیم ساختارهای بسیار کوچک را بدست آوریم. در ساختمانی که برای مقاله ساخته شده است، قطر پرتوهای فلزی در قسمت پرینت  شده تقریبا 1/1/000 اندازه نوک سوزن دوخت است. ”

ساختار مقاله

ساختار برجسته شده در این مقاله ناخالصی های جزئی است و برخی از حفره های موجود در مواد آلی ساخته شده است.بدیهی است که این تکنیک هنوز به کار کمی نیاز دارد. علاوه بر این، گرر گفت که برای تولید مواد بیشتر فرسایش ایجاد می شود، و او و واتسکی ها در حال تحقیق در مورد اینکه آیا می توانند از این روند برای پرینت مواد دیگر مانند نیمه هادی ها، سرامیک و مواد پیزوالکتریک استفاده کنند هستند و حتی مواد اغلب در صنعت استفاده می شود، اما سخت است که اشکال کوچک سه بعدی مانند تیتانیوم و تنگستن ساخته شود.

برای مشاوره و فعالیت تخصصی و پیشرفته در رشته شما مشاوران شرکت پرینتر سه بعدی دیاکو آماده خدمت رسانی به جامعه علمی می باشند.

میتوانید از طریق شماره های شرکت یا فرم تماس یاما با مشاوران شرکت در تماس باشید.