Usred stalnog porasta potražnje za mikroelektromehaničkim sistemima (MEMS), elektronikom za nošenje/ugradnju, minijaturizovanim prenosivim uređajima i internetom stvari, potraga za piezoelektričnim materijalima postala je prioritet za mnoge jer oni suštinski spajaju mehaničku i električnu energiju.
Nanočestice, filmovi i uzorci su tri kritična piezoelektrična elementa sa široko rasprostranjenom primenom u sensingu, aktiviranju, katalizi i prikupljanju energije. Masovna proizvodnja ovih elemenata ostaje izazov, pošto je vršenje kontrole nad ovim strukturama i veličinama karakteristika na različitim podlogama komplikovan proces.
Oluja sa grmljavinom je pojava pražnjenja u atmosferi koja se javlja u kumulonimbusima. Tokom formiranja ovih oblaka, oni će nositi naelektrisanja i površina Zemlje će generisati anizotropna naelektrisanja usled elektrostatičke indukcije.
Kada intenzitet električnog polja grmljavine dostigne dovoljnu jačinu (obično veći od 25–30 KV/cm), doći će do unutrašnjeg pražnjenja u oluji ili jakog pražnjenja između grmljavina. Potoci kapljica sa vrhova kišnih kapi u grmljavinskom oblaku biće izbačeni. Naš tim je inspirisan ovim prirodnim fenomenom, a mi smo razmišljali o izgradnji 3D mašina za mikroštampanje visoke propusnosti orijentisanih na industrijske zahteve. Proces mikroštampe elektrostatičkog diska koji pokazuje formiranje višemlaznih mlaznica. Zasluge: Nature Communications (2023). DOI: 10.1038/s41467-023-42159-9
Konstruisali smo mehanizam za 3D mikroštampanje koristeći šiljasti disk povezan sa iglom i napajanjem. Jednom kada stvorimo elektrostatičko polje dovoljno snažno da služi kao pogonsko gorivo, tokovi mastila bi mogli da se ispucaju na platformu formirajući mikrouzorke, slično načinu na koji se tokovi naelektrisanih kapljica izbacuju sa vrhova kišnih kapi u oluji.
Rad je objavljen u časopisu Nature Communications.
Mikroštampač, napravljen po nižoj ceni u poređenju sa drugim štampačima na tržištu, koristi elektrostatičko polje za pokretanje tokova mastila na platformu, omogućavajući efikasnu manipulaciju uzorcima tankog filma i povećanu brzinu štampanja kako bi se rešio izazov masovne proizvodnje i kontrole struktura i veličina karakteristika.
Zahvaljujući naporima našeg tima, brzina proizvodnje je povećana za faktor od 100, omogućavajući efikasnu manipulaciju uzorcima tankog filma sličnim poluprovodničkoj litografiji. Na primer, film od olovnog cirkonat titanata (PZT) debljine 10 μm na 4-inčnoj Si pločici može da se proizvede uz minimalni gubitak materijala za samo 10 minuta pomoću štampača. Ova revolucionarna tehnika je primenljiva u proizvodnji piezoelektričnih komponenti za mikrofone, kliničke ultrazvučne sonde i tankoslojne solarne panele, sa očekivanjem smanjenja troškova proizvodnje srodnih proizvoda.
Naš mikroštampač takođe pokazuje mogućnost štampanja za širok raspon klasa materijala kao što su dielektrična keramika, metalne nanočestice, izolacioni polimeri i biološki molekuli. Može se pohvaliti najvećom brzinom u postojećim tehnikama za piezoelektrične filmove debljine mikrometara, a filmovi koje smo proizveli pokazuju odlična piezoelektrična svojstva u poređenju sa trenutnim na tržištu.
Ovaj novi, pristupačni model preciznog štampanja sa karakteristikama merljivim na ~20 μm mogao bi doneti koristi mnogima u naučnom svetu i dovesti do mnogih otkrića za koja se ranije smatralo da su nemogući.
Novi mikro štampač predstavlja značajan korak ka ultrabrzi, aditivnoj mikroproizvodnji 3D objekata velike površine sa praktično bilo kojom kompozicijom i prilagođenom mikrostrukturom i funkcionalnošću.
Sada je naš tim fokusiran na integraciju štampača sa sistemima za primanje supstrata od rolne do rolne kako bi se omogućile potencijalne komercijalne primene. Pored toga, aktivno tražimo saradnju sa komercijalnim partnerima kako bismo dodatno poboljšali svoje prisustvo na tržištu.
Ova priča je deo Science X Dialog, gde istraživači mogu izvesti nalaze iz svojih objavljenih istraživačkih članaka. Posetite ovu stranicu za informacije o ScienceX dijalogu i kako da učestvujete.
