(Phys.org) -- Des chercheurs suisses ont développé un méthode rapide et reproductible pour l'impression de structures minuscules avec une méthode d'impression simple. Maintenant, ils prévoient un spin-off.

Une ligne apparaît sur le moniteur et s'allonge en quelques secondes. Il se penche à angle droit, change de direction plusieurs fois et se croise à quelques reprises jusqu'à ce qu'un enchevêtrement de lignes émerge. Puis la ligne grandit plus lentement, apparaît plus sombre, s'arrête et s'assombrit davantage en un point de taille constante. Puis ça continue :une ligne, un autre point, ligne, point, ligne, point.

Ce qui peut ressembler un peu au code Morse est en fait une démonstration d'une nouvelle technique que les chercheurs de l'ETH-Zurich ont développée au Laboratoire de thermodynamique dans les technologies émergentes. La méthode leur permet d'imprimer la plus petite des structures à l'échelle micro et nanométrique.

En utilisant cette méthode d'impression, des particules ultrafines sont transférées sur une surface à partir d'un capillaire de manière ciblée au moyen d'un champ électrique. Selon combien de temps le matériel s'accumule au même endroit, la structure grandit, produire une nano-tour. Si le doctorant Patrick Galliker, qui a contribué au développement de l'imprimante, leur permet de grandir toujours plus, on les voit bien basculer du fait de leur proximité avec le capillaire. Pour la démonstration, Galliker utilise des commandes similaires à celles trouvées dans les jeux informatiques. Si les chercheurs automatisent la nano-imprimante à l'aide d'un logiciel spécial, il peut produire les petites tours de manière autonome, uniformément et sans aucune ligne de connexion. Ils peuvent également faire des tours légèrement courbées ou appuyer deux des tours l'une contre l'autre pour former une sorte d'arc minuscule, explique Galliker à l'aide de photos qu'il a prises des structures.

L'impression s'effectue avec des nanoparticules d'une grande variété de matériaux qui sont placées dans des solvants. Lors de l'impression, les nanoparticules s'accumulent les unes à côté des autres selon les lois de la physique. Le solvant s'évapore et les nano-structures, qui peut être inférieure à 100 nanomètres, sont prêts.

Manipuler la lumière avec des nano-structures

Les chercheurs de l'ETH-Zurich envisagent un large éventail d'applications possibles pour leur nouvelle méthode. C'est juste le ticket pour les applications en optique, ils expliquent. Après tout, la lumière interagit différemment avec les nano-structures qu'avec les objets plus gros. Des surfaces modifiées avec des nano-structures « manipulent la lumière », comme le dit Galliker. Ces surfaces peuvent absorber, concentrer et conduire la lumière au lieu de la réfléchir. Agissant comme des mini-antennes, les structures minuscules s'imprègnent ainsi de la lumière, qui tombe dans une sorte de piège avant d'être idéalement conduit là où il faut.

Cela pourrait être utilisé pour augmenter l'efficacité des cellules solaires à couche mince en capturant la lumière et en la canalisant directement vers la couche active, par exemple. Jusqu'à maintenant, ces cellules solaires n'utilisaient pas toute la lumière car elles en réfléchissaient une partie et laissaient une autre partie s'échapper inutilisée. Des combinaisons de camouflage avec de telles surfaces sont envisageables, explique Dimos Poulikakos, professeur de thermodynamique et chef du groupe de recherche.

De plus, utilisant de telles nanostructures, de nouveaux types de plus rapide, des détecteurs et des capteurs plus sélectifs et hautement sensibles pourraient être réalisables. Les nanostructures pourraient également être utilisées dans des microscopes optiques spéciaux dans lesquels les nanoparticules augmentent la fluorescence, Poulikakos ajoute, permettant le plus petit des objets, telles que des molécules individuelles, être observé. Et, bien sûr, la nano-imprimante pourrait être utilisée partout où le matériau doit être appliqué à l'échelle nanométrique de manière ciblée, comme dans la production de microprocesseurs modernes :imaginez, un CPU imprimé sur place !

Méthode économique et reproductible

En utilisant la nouvelle méthode d'impression, les structures minuscules peuvent être appliquées sur différentes surfaces de manière rapide et reproductible. C'est rapide car l'imprimante peut être programmée de manière à ce que le matériau soit appliqué précisément là où il est nécessaire. L'élimination des excès de matière, comme cela est nécessaire avec d'autres méthodes à l'échelle micro et nanométrique, n'est plus nécessaire, économisant des ressources précieuses.

De plus, par rapport aux méthodes établies qui remplissent une fonction similaire à l'échelle nanométrique, la nouvelle technique est considérablement moins chère. Il n'a pas besoin d'énormes installations ou de salles blanches ultra-pures, des températures excessivement élevées ou des rapports de pression spéciaux. Il fonctionne parfaitement sans les étapes de vide laborieuses et chronophages autrement nécessaires.

Par conséquent, le débit et la taille des surfaces imprimées peuvent être considérablement augmentés lors de la production industrielle, dit Poulikakos. En outre, le prototypage à la plus petite échelle pourrait être rapide et rentable. Tout cela rendra la méthode considérablement plus économique que les alternatives déjà disponibles.

Spin-off sur les cartes

Les chercheurs ont encore beaucoup de travail devant eux. Par exemple, ils aimeraient développer une tête d'impression contenant plusieurs capillaires adressables individuellement. D'une part, une telle approche conduira à une augmentation du débit. D'autre part, il permettra d'empiler des couches de différents matériaux les unes sur les autres, ouvrant ainsi de nouvelles voies à de futurs produits et projets scientifiques.

Selon les chercheurs, les perspectives de la nouvelle méthode sont prometteuses. Une demande de brevet a déjà été déposée et les premiers industriels intéressés ont déjà manifesté leur intérêt. Même la fondation d'une entreprise dérivée est en préparation. Actuellement, les chercheurs de l'ETH-Zurich sont impliqués dans plusieurs projets avec d'autres scientifiques qui ont besoin de nano-structures qu'ils ne pourraient produire ou se procurer qu'à grands frais.