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#Tendances produits
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Impression 3D pour la production directe de nanostructures
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Les chercheurs de TU Graz font progresser la technologie afin que des nanostructures tridimensionnelles complexes puissent être produites d'une manière hautement contrôlée et prévisible.
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Dans le laboratoire Christian Doppler pour la fabrication directe en écriture de nanosondes 3D, des scientifiques de l'Université de technologie de Graz se consacrent aux principes fondamentaux de la nano-impression 3D afin de repousser ses possibilités au-delà des limites actuelles en utilisant le dépôt induit par faisceau électronique focalisé (FEBID), qui est déjà utilisé avec succès pour la production de nanostructures complexes mais souvent planes.
L'équipe de recherche du laboratoire Christian Doppler a fait progresser la technologie de telle manière que même des nanostructures tridimensionnelles complexes peuvent être produites de manière hautement contrôlée et prévisible. En plus de la production de nouvelles structures, le procédé permet également de modifier des micro et nanocomposants déjà finis. Les couches minces individuelles, de l'ordre du nanomètre, qui forment finalement les architectures 3D, adhèrent à pratiquement toutes les morphologies de matériaux et de surfaces. Cela permet de gagner du temps car FEBID ne nécessite aucun pré ou post-traitement des échantillons et permet également la fabrication sur des surfaces inégales ou rugueuses.
"Ce type de nano-impression 3D ouvre des terrains de jeu entièrement nouveaux pour la science et l'industrie ", déclare Harald Plank de l'Institut de microscopie électronique et de nano-analyse de l'Université technique de Graz et directeur du laboratoire Christian Doppler. "Grâce à cette nouvelle technologie, il est possible de relever des défis futurs qui sont à peine réalisables avec des méthodes alternatives de nanofabrication telles que la lithographie par faisceau d'électrons. "Avec cette méthode, il serait également possible de produire des nanostructures 3D sur une pointe de crayon en une seule étape, ce qui est très difficile à réaliser avec des technologies alternatives
Comment fonctionne la technologie de nanoimpression 3D
Le nouveau procédé sera utilisé en coopération avec les partenaires industriels GETec Microscopy (Vienne) et Anton Paar GmbH (Graz) dans le domaine de la microscopie à force atomique pour la production de nanosondes fonctionnelles dont les rayons de pointe sont inférieurs à dix nanomètres.
"Le processus d'impression se déroule dans la chambre à vide des microscopes électroniques. Les gaz fonctionnels sont introduits avec un capillaire fin à proximité de l'échantillon. Les molécules gazeuses s'adsorbent ensuite à la surface et sont chimiquement décomposées et immobilisées par le faisceau d'électrons focalisé - elles restent en place par interaction avec les électrons ", explique M. Plank. "Vous pouvez imaginer la nanoimpression 3D comme un stylo à bille : Le faisceau d'électrons agit comme une recharge de stylo à bille et le gaz est l'encre."
Plank et son équipe se sont inspirés des briques Lego pour l'impression de structures inclinées : "Pour construire une architecture inclinée en Lego, la couche de briques supérieure suivante doit toujours être déplacée latéralement. C'est exactement ce que nous avons transféré à la nano-impression 3D : Avant d'appliquer la couche suivante, on déplace le faisceau d'électrons et on imprime littéralement en diagonale vers le haut."
Mise en œuvre réussie
Au cours des 20 derniers mois, le laboratoire Christian Doppler a été en mesure de fournir la première preuve de principe ; FEBID a été utilisé avec succès pour la production de nanosondes électriquement conductrices, dont la performance est nettement supérieure à celle de produits alternatifs disponibles sur le marché.
Plank et son équipe sont satisfaits du résultat : "La production en petites séries commencera à Vienne dans les mois à venir et ouvrira de nouvelles possibilités pour le partenaire industriel GETec Microscopy."
Coopération internationale
Pour s'assurer que le nouveau procédé ne reste pas une technologie de niche, les chercheurs du laboratoire Christian Doppler développent actuellement un nouveau logiciel pour la nano-impression 3D basée sur FEBID, qui permettra la fabrication de nanostructures complexes même sans connaissances préalables générales. Pour cela, Plank et son groupe de recherche ont uni leurs forces avec Oak Ridge National Laboratories et l'Institut de physique de l'Université Goethe de Francfort. Ce projet se concentre également sur l'extension du procédé aux surfaces 3D et aux structures multi-matériaux, ce qui augmente encore la flexibilité de conception et donc la pertinence de cette technologie en recherche et développement.
Le laboratoire Christian Doppler pour la fabrication directe de nanosondes 3D est ancré dans le domaine d'expertise Advanced Materials Science, l'un des cinq axes stratégiques de l'Université technologique de Graz.