I RICERCATORI ABILITANO PARTI METALLICHE SU SCALA NANOMETRICA UTILIZZANDO LA NUOVA TECNOLOGIA DI STAMPA 3D
I ricercatori dell’ETH di Zurigo e della Nanyang Technological University (NTU) hanno sviluppato una nuova tecnica di stampa 3D in grado di produrre parti metalliche su scala nanometrica.
Basato su un approccio elettrochimico, il processo può essere utilizzato per fabbricare oggetti in rame di soli 25 nanometri di diametro. Per riferimento, un capello umano medio è circa 3000 volte più spesso a 75 micron.
Secondo il team di ricerca guidato dal dottor Dmitry Momotenko, la nuova tecnica di stampa 3D ha potenziali applicazioni nella microelettronica, nella tecnologia dei sensori e nella tecnologia delle batterie.
La nuova tecnica di nanostampa 3D funziona depositando ioni metallici su un substrato caricato negativamente per produrre piccoli oggetti metallici. Immagine tramite ETH Zurigo.
L’approccio alla nanostampa ETH/NTU si basa in realtà sul processo di galvanica, una nota tecnica di rivestimento dei metalli utilizzata nel mondo della produzione. Per galvanizzare una parte, i produttori sospendono gli ioni metallici caricati positivamente in una soluzione salina. A questa soluzione liquida viene quindi aggiunto un elettrodo caricato negativamente, che fa sì che gli ioni si combinino con gli elettroni nell’elettrodo e formino atomi di metallo neutri. Gli atomi si depositano come rivestimento sull’elettrodo e formano lentamente uno strato solido sulla superficie.
Momotenko aggiunge: “In questo processo, un metallo solido viene fabbricato da una soluzione salina liquida, un processo che noi elettrochimici possiamo controllare in modo molto efficace”.
Il processo di nanostampa opera esattamente sulla stessa premessa, per cui una minuscola pipetta viene utilizzata per depositare ioni di rame caricati positivamente su una superficie di stampa caricata negativamente. In questo caso, il team ha utilizzato una punta di ugello larga appena 1,6 nanometri, il che significa che solo due ioni di rame potevano passare attraverso alla volta. Questo, combinato con diversi parametri di stampa elettrochimica, ha permesso al team di controllare da vicino il diametro delle strutture stampate. Il documento riporta che il più piccolo degli oggetti stampati è uscito con una larghezza di soli 25 nanometri (195 atomi di rame).
D’altra parte, le stampanti 3D metalliche convenzionali a base di polvere sono in genere in grado di raggiungere solo risoluzioni a livello di micron, che sono ancora diverse migliaia di volte più grandi di quelle del presente studio.
“La tecnologia su cui stiamo lavorando combina entrambi i mondi: stampa su metallo e precisione su scala nanometrica”, spiega Momotenko.
È interessante notare che il team di Momotenko ha scoperto che il loro processo di stampa 3D è stato in grado di fabbricare un’ampia varietà di tipi di oggetti, comprese strutture verticali, strutture orizzontali, inclinazioni e persino spirali. Il potente approccio si presta a tutta una serie di nuove applicazioni come dispositivi di accumulo di energia più efficienti, microelettronica e persino catalizzatori stampati in 3D per scopi di produzione chimica.
Per quanto riguarda il lavoro futuro, i ricercatori stanno attualmente lavorando per applicare la tecnica alla stampa 3D di batterie agli ioni di litio più compatte. I design sono impostati per presentare aree di superficie maggiori sugli elettrodi e distanze più brevi tra gli elettrodi, il tutto nel tentativo di accelerare il processo di ricarica.
Ulteriori dettagli dello studio possono essere trovati nel documento intitolato ” Bringing Electrochemical Three-Dimensional Printing to the Nanoscale “.
Imaging SEM di nanostrutture di rame stampate in 3D. Immagine tramite ETH Zurigo.
La sfera della ricerca è spesso sede di alcune delle tecniche di stampa 3D più innovative in circolazione. A ottobre, i ricercatori della Loughborough University hanno sviluppato una nuova tecnica di stampa 3D ibrida che consente loro di modificare le proprietà delle parti stampate nel tempo, consentendo una nuova forma di stampa 4D. Denominato Material Treatment Extrusion Additive Manufacturing (MaTrEx-AM) , l’approccio combina la stampa 3D convenzionale basata sull’estrusione con un trattamento chimico.
Altrove, al Fraunhofer IWS , gli scienziati hanno rivelato i test di un sistema di stampa 3D che potrebbe essere “mille volte più veloce” rispetto alle attuali tecnologie di produzione laser a specchio. Costruito attorno a un “Dynamic Beam Laser” da 13 KW ad alta potenza, si dice che la configurazione dell’istituto sia in grado di generare rapidamente diversi modelli di distribuzione dell’energia e di stampare con precisione i materiali più esigenti.
