Diseñar una estructura impresa en 3D es lo suficientemente difícil cuando el producto tiene pulgadas o pies de tamaño. Imagínelo encogiéndolo más pequeño que una gota de agua, incluso más pequeño que un cabello humano, hasta que una bacteria común lo empequeñezca.
Esta estructura increíblemente pequeña puede hacerse realidad con la deposición inducida por haz de electrones enfocado, o FEBID, para imprimir esencialmente en 3D a escala nanométrica. FEBID usa un haz de electrones de un microscopio electrónico de barrido para condensar moléculas precursoras gaseosas en un depósito sólidoen una superficie.
Anteriormente, este método era laborioso, propenso a errores y poco práctico para crear estructuras complejas de más de unos pocos nanómetros. Ahora, un equipo del Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía, en colaboración con la Universidad de Tennessee y la Universidad de Graz deTechnology ha desarrollado un poderoso proceso de dibujo guiado por simulación para mejorar FEBID e introducir nuevas posibilidades en la nanofabricación.
El líder del equipo Jason Fowlkes, miembro del personal de investigación en el Centro de Ciencias de Materiales Nanofásicos de ORNL, una Instalación de Usuario de la Oficina de Ciencia del DOE, dijo que el nuevo sistema integra diseño y construcción en un proceso simplificado que crea nanoestructuras tridimensionales complejas.
Harald Plank, coautor del estudio en Graz, Austria, dijo que la capacidad de diseñar con precisión nanoestructuras personalizadas "abre una serie de aplicaciones novedosas en plasmónicos tridimensionales, nano sensores independientes y elementos nanomecánicos en la parte inferiornanoescala que son casi imposibles de fabricar por otras técnicas "
El proceso utiliza una simulación tridimensional para guiar el haz de electrones y replicar redes y mallas complejas entre 10 nanómetros y un micrón de tamaño. El modelo rastrea las rutas de dispersión de electrones y la liberación de electrones secundarios para predecir el patrón de deposición en elsuperficie del material y visualice la estructura final de un experimento.
El aspecto innovador de este trabajo, según Fowlkes, es la convergencia de experimentos y simulación. La simulación guía la construcción experimental, mientras que los experimentos completados, a su vez, proporcionan retroalimentación sobre la precisión y la fuerza de la simulación. Los diseños se alimentanen el programa de simulación y dibujo, y cualquier inconsistencia entre los dos causada por la actividad secundaria de electrones puede detectarse antes del experimento.
"En su forma más simple, una vez que conocemos el perfil de emisión de esos electrones secundarios que no queremos, podemos diseñar a su alrededor", dijo Fowlkes.
Fowlkes dijo que, aunque es más lento que otros métodos de nanofabricación disponibles en la sala limpia del CNMS, el proceso FEBID es el único que puede producir nanoestructuras tridimensionales de alta fidelidad. Sin forma de "ver" las nanoestructuras durante la construcción, los investigadoresanteriormente dependía de prueba y error, ajustando manualmente los parámetros de compilación para producir las formas deseadas.
Fowlkes dijo que el equipo ahora se enfocará en purificar completamente las estructuras de contaminación de carbono. El proceso de purificación, llamado purificación in situ, elimina las impurezas durante la construcción, usando agua u oxígeno y un láser para liberar el carbono residual del precursor y el lavado.fuera de la estructura. La simulación puede incluso incorporar las tensiones del proceso de eliminación de carbono y puede anticipar la transformación en el producto final.
"Podemos diseñar estructuras de una manera en que el patrón de escritura real pueda verse distorsionado, pero eso tiene en cuenta el hecho de que se retraerá y contraerá durante la purificación y luego se verá como la estructura adecuada", dijo Fowlkes.
Se puede encontrar más información sobre las nanoestructuras y la simulación en el documento del equipo, "Nanomanufactura 3-D guiada por simulación a través de deposición inducida por haz de electrones enfocado" publicado en ACS Nano.
La parte ORNL de esta investigación fue apoyada por el Centro de Ciencias de Materiales de Nanofase, una instalación de usuarios de la Oficina de Ciencia del DOE.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Original escrito por Sean Simoneau. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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