تمكن فريق بحث من جامعة نورث وسترن (NU) من رسم 15,000 نمط رسم متطابق باستخدام أشعة صغيرة من الضوء بفضل طريقة التصنيع النانوية المبتكرة المعروفة باسم "الطباعة الحجرية ذات شعاع القلم".
تمكن فريق بحث من جامعة نورث وسترن (NU) من رسم 15,000 نمط رسم متطابق باستخدام أشعة صغيرة من الضوء بفضل طريقة التصنيع النانوية المبتكرة المعروفة باسم "الطباعة الحجرية بالقلم الشعاعي" (BPL).
وتوفر الطريقة المبتكرة وسيلة سريعة واقتصادية لتصميم وإعداد الدوائر الكهربائية ومكونات الإلكترونيات الضوئية وأجهزة التشخيص الطبي، وتحتوي على العديد من التطبيقات الأخرى في مجال الإلكترونيات والضوئيات وصناعات علوم الحياة. ونشرت تفاصيل الطريقة الجديدة في المجلة العلمية Nature Nanotechnology.
وقال تشاد أ. ميركين، أستاذ الكيمياء ورئيس المعهد الدولي لتكنولوجيا النانو بالجامعة: "الأمر كله يتعلق بالتصغير". "إن النقل السريع لكميات كبيرة من المعلومات هو الذي يقود العالم اليوم. ومع ذلك، فإن وسائل التصنيع النانوية والجزئية التقليدية باهظة الثمن للغاية. ونحن نحاول التغلب على هذه العقبة من خلال نهج جديد في الطباعة الحجرية الضوئية والتصميم النانوي.
وباستخدام الطباعة الحجرية ذات شعاع القلم، تمكن الباحثون من رسم 15,000 نسخة طبق الأصل من أفق شيكاغو في وقت واحد خلال نصف ساعة. 15,000 قلمًا صغيرًا رسموا الأفق على سنتيمتر مربع من الفضاء. تسمح طرق التصميم النانوي التقليدية، مثل الطباعة الحجرية بشعاع الإلكترون، بإنتاج مثل هذه الهياكل الصغيرة، لكن إنتاجها صغير ولا تسمح بإنتاج نانوي على نطاق واسع.
يتكون كل نمط من خطوط الأفق من 182 نقطة، ويبلغ قطر كل نقطة 500 نانومتر، وهو ما يشبه قطر رأس القلم. وكان وقت الإسقاط لكل نقطة 20 ثانية. تسمح هذه الطريقة للباحثين بإنتاج هياكل صغيرة يصل حجمها إلى 150 نانومتر، ولكن من المحتمل أن تؤدي التحسينات في بنية القلم إلى زيادة الدقة إلى مائة نانومتر أو أقل. على الرغم من أن هذه النتيجة لم يتم ذكرها في المقالة، إلا أن الباحثين تمكنوا من إنشاء مجموعة من 11 مليون قلم باستخدام قطعة بحجم بضعة سنتيمترات فقط.
القلم الشعاعي هو النوع الثالث من "القلم" في مجموعة ميركين لأدوات الإنتاج النانوي. قام بتطوير الطباعة الحجرية باستخدام قلم البوليمر (PPL) في عام 2008 والطباعة الحجرية النانوية باستخدام قلم الغمس (DPN) في عام 1999، وكلاهما يستخدم لنقل المواد الكيميائية إلى السطح وتم تسويقهما منذ ذلك الحين ويستخدمان كأدوات تصنيع نانوية شائعة الاستخدام اليوم في 23 دولة. حول العالم.
على غرار طريقة PPL، تستخدم الطباعة الحجرية ذات شعاع القلم مجموعة من الأقلام الصغيرة المكونة من البوليمر "لطباعة" الأنماط على الأسطح الكبيرة عند مستوى نانومتر إلى مستوى مجهري للفصل. ومع ذلك، بدلاً من استخدام "الحبر" الخاص بالفورود، تقوم الطريقة برسم أنماط باستخدام الضوء من خلال مادة حساسة للضوء.
تم تصميم كل قلم على شكل هرم حيث يكون الجزء العلوي من الهرم بمثابة سن. وقام الباحثون بتغليف الهرم بأكمله بطبقة رقيقة من الذهب ثم أزالوا كمية صغيرة من الذهب من الطرف. تتعرض قاعدة الهرم المفتوحة الواسعة (الطرف الآخر من الهيكل) للضوء، ويقوم الهرم المغطى بالذهب بتوجيه الإشعاع نحو الطرف. ومن هذه النقطة ينبعث شعاع ضيق من الضوء يكشف المادة الحساسة للإشعاع في كل نقطة منها. وهذا يسمح للباحثين برسم الأنماط بسهولة وبدقة كبيرة.
وأوضح الباحث أن "الميزة الأخرى هي أنه ليس من الضروري استخدام جميع الأقلام مرة واحدة - فيمكننا "إيقاف" بعضها و"تشغيل" البعض الآخر". "نظرًا لأن حجم رؤوس الأهرامات ميكرون، فيمكن التحكم في كل واحدة منها على حدة."
وقال الباحث الرئيسي: "ستعمل هذه الطريقة على تطوير الأجهزة التي ستمكن الباحثين في الجامعات وصناعة الإلكترونيات في جميع أنحاء العالم من تصميم نموذج أولي بسرعة - وربما حتى إنتاج - أجهزة وأنظمة إلكترونية ذات دقة عالية مباشرة في المختبر". . "يهتم الباحثون باختبار نشاط القالب الخاص بهم على الفور وعدم الانتظار حتى يتم إنتاج النموذج الأولي من قبل طرف ثالث، وهو الوضع الحالي."
تعليقات 2
هذه ليست 182 نقطة مرتبة في خط مستقيم. الرسم بأكمله عبارة عن 182 نقطة مرتبة على شكل الأفق.
"يتكون كل نمط من خطوط الأفق من 182 نقطة، ويبلغ قطر كل نقطة 500 نانومتر، وهو ما يشبه قطر سن القلم. وكان وقت الإسقاط لكل نقطة 20 ثانية. تتيح هذه الطريقة للباحثين إنتاج هياكل صغيرة بحجم 150 نانومتر.
هناك شيء ما في الحساب لا يناسبني تمامًا... 182 نقطة حيث كل واحدة منها نصف ميكرون تعني أن الطول الإجمالي لهذا هو 91 ميكرون. مع 15 ألفًا منها، وصلنا إلى ما يقرب من سنتيمتر ونصف، وهذا هو حجم اللوحة فقط. وفقًا للصورة، فهي تحتوي أيضًا على حجم وهناك مسافة بين الرسومات وهي أكبر بكثير من مساحة الخط نفسه. لا أرى كيف تتم هذه العملية على سنتيمتر مربع واحد.
تحيات أصدقاء،
عامي بشار