ساخت اجسام بسیار کوچک با نیروی نور

به گزارش «دی‌بریف»، هر چند در حال حاضر برخی روش ها برای انجام همین کار وجود دارد، اما آنها آهسته (کم سرعت) و دشوار هستند که موجب می شود امکان استفاده از آنها در مقیاس تجاری وجود نداشته باشد. این مهندسان اعتقاد دارند شیوه ابداعی آنها موسوم به پرتوافکنی ابرنورتاب (سوپرلومینسانس) یک پیشرفت محسوب می شود که می تواند امکان پیشرفت های مهم فناورانه را در حوزه وسیعی از کاربردهای صنعتی، تجاری و علمی از جمله پیشرفت در نانوتکنولوژی فراهم سازد.

همزمان با تداوم پیشرفت فناوری‌ها، دانشمندان و مهندسان نیاز فزاینده‌ای به اشیای چاپ شده در مقیاس نانو – صدها بار کوچکتر از موی انسان – دارند. این مساله بخصوص در مورد فناوری های نانوی بسیار پیشرفته مانند تولید برق و حسگر و نیز رویه‌های پزشکی نوینی که در گذشته تنها در داستان های علمی وجود داشتند، صدق می کند.

متاسفانه روش کنونی برای چاپ ساختارهای نانویی فلزی در بر دارنده استفاده از منبع بسیار نیرومند نور موسوم به لیزر یک کوادریلیوم ثانیه (femtosecond) است. این تجهیزات آزمایشگاهی عموما صدها هزار دلار هزینه دارند که موجب می شود این فرایند پرهزینه باشد. آنها همچنین نانوساختارهای فلزی بسیار آهسته چاپ می کنند. این دو محدودیت موجب شده گسترش مقیاس این نوع تولیدات مقیاس نانو تقریبا ناممکن باشد و کاربرد آنها تقریبا محدود به شرایط آزمایشگاهی است.

محققان موسسه مزبور به منظور غلبه بر این محدودیت ها درصدد تحقیق و کاوش درباره روش چاپ اشیا با استفاده از منابع سریعتر و ارزان‌تر برآمدند. این محققان در آغاز کار به جستجوی منابع نوری پرداختند که مانند لیزرهای فمتوثانیه femtosecond قابل متمرکز شدن باشند. آنها همچنین نیازمند یافتن یک منبع نور بودند که به اندازه کافی با هزینه و نیروی پایین باشد تا بتوان آن را در مقیاس تجاری گسترش داد.

آنها پس از مدتی تحقیق به دیودهای ابرنورتاب (SLEDs) رسیدند. این دیودها نوری ساطع می کنند که شدت یک میلیاردی کمتری از لیزرهای یادشده دارد و موجب می شود نیاز به نیرو تا حد زیادی کاهش پیدا کند.

محققان با داشتن این منبع نور سپس شروع به ساختن سیستم نورافکنی ‌ابرنورتاب (SLP) کردند. این به معنی ایجاد یک وسیله خاص بود که بتواند تصاویر دیجیتال را به تصاویر اپتیکال تبدیل و سپس آنها را روی یک سطح شیشه‌ای چاپ کند. نتیجه کار یک دستگاه بود که تا حد زیادی مانند یک پروژکتور دیجیتال عمل می کند، اما تصاویر بسیار دقیق‌تری تولید می کند.

آنها سپس با استفاده از نمک فلزی، جوهر چاپ مخصوص خود را ساختند و سپس برخی مواد شیمیایی دیگر را افزودند تا به این جوهر کمک کند بطور موثر نور را جذب کند. پس از آن زمان آزمایش واقعی فرارسید و این فرایند کار کرد. این فرایند SLP نه تنها موفقیت‌آمیز بود بلکه این محققان به دو هدف خود یعنی کاهش مصرف نیرو (برق) و زمان تولید نیز دست یافتند. آنها می گویند این روش 480 بار سریعتر از روشهای فعلی و 35 بار نیز ارزان‌تر است و یک SLED تنها حدود 3 هزار دلار هزینه دارد.

این محققان اعتقاد دارند روش ابداعی آنها در آینده می تواند برای حوزه‌هایی مانند اپتیک، پلاسمونیک و هر حوزه‌ای که مستلزم استفاده از نانوساختارهای فلزی است، سودمند باشد.

پلاسمونیک(Plasmonics) اندرکنش نور با نانو ذرات فلزی در فرکانس های خاصی از نور ورودی منجربه نوسان جمعی الکترون های رسانش فلز می شو که به آن تشدید پلاسمونیک گفته می شود.