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La nano impresión se hace grande
Una técnica de impresión que podría eliminar características de solo decenas de nanómetros de diámetro a escala industrial finalmente está saliendo del laboratorio. El nuevo sistema de litografía de nanoimpresión rollo a rollo podría utilizarse para producir películas ópticas con nano patrones de forma económica y eficiente para mejorar el rendimiento de pantallas y células solares.
Prensa nano: Esta hoja de plástico de 10 por 30 centímetros (arriba) ha sido modelada con una serie de líneas de polímeros a nanoescala utilizando litografía de nanoimpresión rollo a rollo (abajo). La película es iridiscente debido a la forma en que sus características a nanoescala dispersan la luz.
La litografía de nanoimpresión utiliza fuerza mecánica para presionar un patrón a nanoescala y puede crear características mucho más pequeñas que la litografía óptica, que está alcanzando sus límites físicos. La técnica fue desarrollada como una herramienta para miniaturizar circuitos integrados, y un puñado de empresas, entre ellas Huellas moleculares de Austin, TX, todavía lo están desarrollando para esta aplicación.
Sin embargo, hasta ahora ha sido difícil ampliar la escala de la litografía de nanoimpresión de manera confiable. Para lograr la resolución necesaria para imprimir transistores, por ejemplo, es necesario usar un sello plano de unos pocos centímetros cuadrados y debe moverse repetidamente sobre una superficie. Esto no es práctico al imprimir películas de gran superficie para muchas otras aplicaciones. Las pantallas y las células solares requieren imprimir en un área mucho más grande y luego cortarla en hojas, dice Jay Guo , profesor asociado de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en la Universidad de Michigan. Tienes que hacerlo de forma continua.
Para resolver este problema, Guo desarrolló un sello que se puede utilizar para la nanoimpresión rollo a rollo en grandes áreas. Su configuración utiliza un molde de polímero envuelto alrededor de un cilindro rodante para presionar un patrón en un material llamado resistencia que se asienta sobre un respaldo de vidrio rígido o uno de polímero. Para hacer el componente terminado, el patrón se fija mediante un destello de luz ultravioleta. El proceso, descrito en la revista ACS Nano , se puede hacer de forma continua a una velocidad de un metro por minuto, y Guo dice que lo ha usado para imprimir características tan pequeñas como 50 nanómetros en un área de seis pulgadas de ancho. Esa resolución no es lo suficientemente buena para hacer circuitos integrados, pero es adecuada para imprimir dispositivos ópticos como concentradores de luz y rejillas.
Esta no es la primera vez que se explora la impresión de rollo a rollo para la litografía de nanoimpresión. Pero Yong Chen , profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de California en Los Ángeles, dice que el grupo de Michigan ha hecho que este proceso sea más confiable con una menor densidad de defectos.
A primera vista, la nueva impresora de rollo a rollo se parece a una imprenta de periódicos, pero es mucho más compleja. La calidad del nanoproducto final depende de lograr el equilibrio adecuado de propiedades en los materiales de impresión. El silicio y otros materiales rígidos utilizados para hacer sellos de litografía de nanoimpresión normales no se pueden envolver alrededor de un cilindro. Entonces, Guo seleccionó un polímero que es lo suficientemente rígido para funcionar como un sello confiable, pero también lo suficientemente flexible para envolver los rollos de la impresora. La capa protectora acabada también debe adherirse al sustrato sin ser demasiado viscosa y debe curar rápidamente sin encogerse.
Este trabajo es un importante avance industrial, que debería [permitir] una aplicación más amplia de la nanoimpresión, dice Stephen Chou , profesor de ingeniería eléctrica en la Universidad de Princeton y pionero de la litografía por nanoimpresión desde finales de la década de 1990.
El proceso desarrollado por el grupo de Guo podría utilizarse para fabricar dispositivos nanofotónicos a gran escala y electrónica impresa de alto rendimiento, añade. Ali Javey , profesor asistente de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en la Universidad de California, Berkeley. Sin embargo, Javey, que está desarrollando métodos de impresión con rodillo para materiales electrónicos como los nanocables de silicio, advierte que la longevidad de los moldes debe resolverse antes de que sea probable que la industria adopte ampliamente la técnica. Sería bastante atractivo si el molde no tuviera que ser reemplazado con frecuencia, para que el proceso sea lo más continuo posible, dice Javey.
Los investigadores de Michigan trabajarán para reducir la resolución lograda por la técnica y desarrollarla para la fabricación. Guo dice que su grupo está trabajando con empresas interesadas en utilizar el proceso de impresión para sus productos. Ésta es una técnica básica que se puede utilizar para hacer muchas cosas, dice.