연구원들은 빛으로 작은 금속 구조물을 인쇄하는 더 빠르고 저렴한 방법을 개 발했습니다

조지아 공과대학(Georgia Institute of Technology)의 연구원들은 현재 이용 가능한 어떤 기술보다 훨씬 빠르고 저렴하게 나노 크기의 금속 구조를 인쇄하는 광 기반 수단을 개발했습니다. 이는 엄청나게 비싸고 느린 기술에 오랫동안 의존해 온 과학 분야를 변화시킬 수 있는 확장 가능한 솔루션입니다. 이 획기적인 발전은 새로운 기술을 실험실에서 벗어나 세계로 가져올 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

많은 분야의 기술 발전은 인간 머리카락 너비보다 수백 배 작은 나노 크기의 금속 구조를 인쇄하는 능력에 달려 있습니다. 조지 W. 우드러프 기계공학부 조교수인 소라브 사하(Sourabh Saha)와 박사 학위를 받은 최정호(Jungho Choi). Saha 연구실의 학생은 현재의 기존 방법보다 480배 빠르고 35배 저렴한 금속 나노 구조를 인쇄하는 기술을 개발했습니다.

그들의 연구는 저널에 게재되었습니다. 첨단소재.

나노패터닝으로 알려진 기술인 나노 규모의 금속 인쇄를 통해 흥미로운 기능을 갖춘 독특한 구조를 만들 수 있습니다. 이는 전자 장치, 태양 에너지 변환, 센서 및 기타 시스템을 포함한 많은 기술 개발에 중요합니다.

일반적으로 나노스케일 인쇄에는 고강도 광원이 필요하다고 여겨집니다. 그러나 펨토초 레이저로 알려진 이러한 유형의 도구는 비용이 최대 50만 달러에 달할 수 있으며 대부분의 연구실과 중소기업에서는 너무 비쌉니다.

“과학계로서 우리는 이러한 나노물질을 빠르고 저렴하게 만들 수 있는 능력이 없습니다. 그렇기 때문에 유망한 기술이 실험실에만 국한되어 실제 응용 프로그램으로 전환되지 않는 경우가 많습니다.”라고 Saha는 말했습니다. .

“우리가 대답하고 싶었던 질문은 ‘나노 규모로 인쇄하려면 고강도 펨토초 레이저가 정말로 필요한가?’입니다. 우리의 가설은 우리가 원하는 인쇄 유형을 얻기 위해 광원이 필요하지 않다는 것이었습니다.”

그들은 펨토초 레이저와 유사한 방식으로 초점을 맞출 수 있는 저비용, 저강도 빛을 찾고 상용화를 위해 초발광 발광 다이오드(SLED)를 선택했습니다. SLED는 펨토초 레이저보다 10억 배 약한 빛을 방출합니다.

Saha와 Choi는 디지털 이미지를 광학 이미지로 변환하여 유리 표면에 표시하는 시스템을 설계하여 독창적인 프로젝션 스타일 인쇄 기술을 만들기 시작했습니다. 이 시스템은 디지털 프로젝터처럼 작동하지만 더욱 선명하게 초점이 맞춰진 이미지를 생성합니다. 그들은 초발광 조명의 고유한 특성을 활용하여 결함을 최소화하면서 선명하게 초점을 맞춘 이미지를 생성했습니다.

그런 다음 그들은 금속염으로 구성된 투명한 잉크 용액을 개발하고 액체가 빛을 흡수할 수 있도록 다른 화학 물질을 첨가했습니다. 프로젝션 시스템의 빛이 용액에 닿으면 소금 용액이 금속으로 전환되는 화학 반응이 발생했습니다. 금속나노입자가 유리 표면에 달라붙고, 금속입자가 뭉쳐 나노구조를 형성하게 된다. 프로젝션 방식의 인쇄이기 때문에 한 점씩 인쇄하는 것이 아니라 전체 구조를 한 번에 인쇄할 수 있어 속도가 훨씬 빠릅니다.

기술을 테스트한 후 그들은 낮은 강도의 빛에서도 프로젝션 스타일의 나노 스케일 인쇄가 가능하지만 이미지의 초점이 선명하게 맞춰진 경우에만 가능하다는 것을 발견했습니다. Saha와 Choi는 연구자들이 상업적으로 이용 가능한 하드웨어를 사용하여 자신의 작업을 쉽게 복제할 수 있다고 믿습니다. 값비싼 펨토초 레이저와 달리 사하와 최씨가 프린터에 사용한 SLED 유형의 가격은 약 3,000달러입니다.

최 교수는 “현재 최고 대학들만이 이러한 값비싼 기술에 접근할 수 있고, 심지어 공유 시설에 위치해 있어 항상 이용할 수 있는 것은 아니다”라고 말했다. “우리는 나노스케일 3D 프린팅의 역량을 민주화하고 싶습니다. 우리의 연구가 저렴한 비용으로 이러한 유형의 프로세스에 더 많이 접근할 수 있는 문을 열어주기를 바랍니다.”

연구원들은 그들의 기술이 다양한 복잡한 금속 나노구조를 필요로 하는 전자, 광학, 플라즈몬 분야에서 일하는 사람들에게 특히 유용할 것이라고 말했습니다.

Saha는 “작은 구조물의 제작 및 제조에 종사하는 과학계에서 비용과 속도의 측정 기준이 크게 과소평가되어 왔다고 생각합니다.”라고 말했습니다.

“현실 세계에서 이러한 지표는 연구실의 발견을 산업계로 전환하는 데 중요합니다. 이러한 지표를 고려한 제조 기술이 있을 때만 사회적 이익을 위해 나노기술을 완전히 활용할 수 있습니다.”

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/01/240118150728.htm