Ученые разработали недорогой микропринтер для сверхбыстрой пьезоэлектрической печати материала

Изготовление пьезоэлектрических пленок, микро-паттернов и наночастиц.Кредит: адаптирован из природы (2023).Doi: 10.1038/s41467-023-42159-9

Наночастицы, пленки и паттерны представляют собой три критических пьезоэлектрических элемента с широко распространенными применениями в зондировании, применении, катализе и сборе энергии.Массовое производство этих элементов остается проблемой, так как контроль над этими структурами и размерами объектов на различных субстратах является сложным процессом.

Грозы являются явлением разряда в атмосфере, которое встречается в облаках кумулонимбуса.Во время образования этих облаков они будут нести заряды, а поверхность Земли будет генерировать анизотропные заряды из -за электростатической индукции.

Когда интенсивность электрического поля грозы достигает достаточной прочности (как правило, более 25–30 кВ/см), будет происходить внутренний разряд в грозе или сильный разряд между грозами.Потоки капель из кончиков дождевых капель в облаке грозы будут выброшены.Наша команда была вдохновлена этим естественным явлением, и мы думали о строительстве высокопроизводительных 3D-машин, ориентированных на промышленные требования.

Мы построили 3D -механизм микропринтирования, используя колючий диск, соединенный с иглой и источником питания.Как только мы создаем электростатическое поле, достаточно мощное, чтобы служить пропеллентом, потоки чернил можно было проникнуть на платформу, образующую микропаттерны, аналогично тому, как потоки заряженных капель выталкиваются из кончиков капли дождя на грозе.

Работа опубликована в журнале Nature Communications.

Микропринтер, построенный по более низкой стоимости по сравнению с другими принтерами на рынке, использует электростатическое поле для продвижения потоков чернил на платформу, что позволяет эффективно манипулировать тонкими пленками и повышенная скорость печати для решения проблемы массового производства и контроляструктур и размеров функций.

Благодаря усилиям нашей команды скорость производства была увеличена в 100 лет, что позволяет эффективно манипулировать тонкими пленками, сходными с полупроводниковой литографией.Например, пленка цирконата цирконата толщиной толщиной 10 мкм (PZT) на 4-дюймовой пластине Si может быть изготовлена с минимальной потертой материала всего за 10 минут с помощью принтера.Этот метод прорыва применим в производстве пьезоэлектрических компонентов для микрофонов, клинических ультразвуковых зондов и тонкопленочных солнечных батарей с ожиданием снижения стоимости производства связанных продуктов.

Наш микропринтер также показывает возможность печати для широких классов материалов, таких как диэлектрическая керамика, наночастицы металлов, изоляционные полимеры и биологические молекулы.Он может похвастаться самой быстрой скоростью в существующих методах для пьезоэлектрических пленок толщиной микрометрой, а фильмы, которые мы выпустили, демонстрируют превосходные пьезоэлектрические свойства по сравнению с текущими на рынке.

Эта новая, доступная модель точной печати с признаками, измеримыми при ~ 20 мкм, может принести пользу многим в научном мире и привести ко многим прорывам, которые ранее считались невозможными.

Новый микропринтер представляет собой значительный шаг к сверхбыщему, большую аддитивную микропроизводство трехмерных объектов с практически любой композицией и скорректированной микроструктурой и функциональностью.

Теперь наша команда сосредоточена на интеграции принтера с систем приема подложки Roll-Roll для обеспечения потенциальных коммерческих приложений.Кроме того, мы активно ищем сотрудничество с коммерческими партнерами, чтобы улучшить его присутствие на рынке.

Больше информации: Xuemu li et al., Быстрая и универсальная микростатическая микропрофилька для пьезоэлектрических элементов, Природная связь (2023).Doi: 10.1038/s41467-023-42159-9