IBM představilo světu novou technologii, která může znamenat velký pokrok ve využívání nanotechnologií.
Společnost IBM ve spolupráci se Swiss Federal Institute of Technology v Curychu představila světu novou technologii tisku, se kterou je již dnes možné tisknout částicemi o velikosti 60 nanometrů.
Díky nové technologii by mělo být možné relativně snadno vyrábět širokou paletu miniaturních zařízení – IBM počítá s jejím využitím k vytváření nanostruktur uvnitř čipů a použít ji k výrobě řady dalších věcí, jako jsou nanodrátky či miniaturní čočky pro optické čipy pro příští generace počítačů, biosenzory a k řadě dalších nasazení.
I když se o nanotechnologiích mluví již desítky let, potenciál, který v sobě skrývají, není ani zdaleka využit. Jednou z hlavních překážek jsou především miniaturní rozměry, kvůli kterým je výroba zařízení využívajících nanotechnologií a možnost uspořádání miniaturních částic do požadovaných seskupení extrémně obtížná. Nová technologie by mohla k masovějšímu rozšíření produktů využívajících nanotechnologie výrazně napomoci.
Když se napíše tisk s rozlišením 100 000 dpi, člověku hlavou prolétne bláhová myšlenka na upravené cartridge usazené do speciální inkoustovky. Vypadá to hodně lákavě, skutečnost je úplně jiná. Zapomeňte na větší tiskárny, na kterých by si každý druhý mohl vytisknout nějakou tu nanosoučástku staženou z internetu.
Letitá metoda dobrá i pro nanotechnologii
Nová technologie využívá techniku známou jako tisk z hloubky, z níž se později vyvinul i tisk ofsetový, kterým se dnes produkují tištěné materiály – noviny, časopisy či propagační materiály – v masovém měřítku.
Pro tisk z hloubky se používá negativní matrice, u níž je barva, která má být přenesená na potiskovaný materiál, v prohlubních tiskového válce či desky. Při kontaktu potiskovaného materiálu s matricí pak barva z prohlubní na potiskované ploše ulpí. A podobně funguje i technologie společnosti IBM.
Na rozdíl od tiskařské technologie, která se dnes pohybuje běžně kolem 1 500 dpi, se ale pracuje v mnohem menším měřítku okolo 100 000 dpi. Zatímco v případě tiskařské barvy jsou pigmentové částice mnohonásobně menší, než vzor na tiskovém válci a jsou v barvě rozptýlené náhodně a vše tvoří kompaktní hmotu, u nanotechnologií už je důležité i vzájemné uspořádání jednotlivých částic do předdefinovaných struktur. Klíčovou vlastností této technologie je možnost uspořádání jednotlivých částeček ovlivnit různým poměrem vzájemné velikosti tiskových vzorů, velikosti použitých částic, a různým tvarováním objektů, které mají být vytištěné, a je možno jít na proužky o šířce jediné částice.
S fotolitografie jen na model
Pro výrobu matrice miniaturních rozměrů využil tým fotolitografických technik, které se používají při výrobě mikroprocesorů. Křemík, který se při výrobě procesorů používá, ale není vhodný pro výrobu matrice – mimo jiné pro to, že se k němu řada používaných materiálů přilepí. Posloužil tedy jen jako model pro výrobu „formy“ z vhodnějšího materiálu – pružného syntetického polymeru, jakési „gumy“, nazývané polydimethylsiloxan, zkráceně PDMS. Po sejmutí formy z pozitivního křemíkového modelu vznikne požadovaná negativní tisková matrice.
Jako „barva“ posloužila koloidní suspenze složená ze zlatých částic plovoucích v hustém detergentu. Poté, co po důkladném rozmístění směsi získají jednotlivé částice kýžené uspořádání, je zapotřebí vysušit tekutou složku směsi, protože brownův pohyb v kapalině by mohl uspořádání jednotlivých částeček opět narušit. Vysušením se dosáhne stabilního a bezpečného uložení jednotlivých částic až do doby jejich přenesení na substrát. Přenesení suchého výtisku je ale oproti mokré barvě kombinované s nasákavým papírem těžší, pro formu i substrát je nutné použít materiály s odlišnou přilnavostí tak, aby po kontaktu formy se substrátem ulpěly částice na něm. Celá problematika týkající se vzájemné interakce jednotlivých částic, kapaliny, formy a substrátu je složitá a pokud vás zajímá a trochu do této problematiky vidíte, určitě si nenechte ujít anglický originál článku.
Podle autorů je již dnes touto technologií možné tisknout nanodrátky o šířce 60 nm či vytvářet motivy poskládané z tiskových bodů v uspořádané mřížce. Na obrázek slunce, alchymistický symbol pro zlato ze sedmnáctého století, jehož autorem je Robert Fludd, se pro tisk jednotlivých bodů spotřebovalo celkem asi dvacet tisíc zlatých nanočástic o průměru 60 nm. Šířka obrázku má být přibližně 50 μm, tedy pět setin milimetru. Výsledné rozlišení takového výtisku je asi 100 000 dpi. Přesto se daří vyrobit celkem přesně ohraničené miniaturní plošky.
Nejde jen o rozměry
Tato technologie není průlomová v tom, jakých rozměrů se daří dosahovat, a nemá ani nahradit stávající výrobní procesy, ubírá se jiným směrem. Již dnes existují technologie, se kterými se dá dosahovat menších rozměrů – kupříkladu 65nm výrobní proces používaný při výrobě procesorů je tu s námi už nějaký pátek a co nevidět jej nahradí vyspělejší 45nm výroba, zatímco nanotisk má před sebou ještě řadu let vývoje.
Podařilo se ale vyvinout způsob, jakým lze relativně jednoduše vytvářet složité organizované struktury složené z miniaturních částic. Třeba v případě procesorů musí každý kus křemíku projít složitým výrobním postupem zahrnujícím i náročný fotolitografický proces, zatímco u této technologie stačí vyrobit jeden křemíkový model, z něj odlít formu a produkce miniaturních součástek či zařízení může následovat doslova na běžícím pásu. Nabízí se také mnohem více možností kombinace různých podkladových materiálů, tiskových směsí s částicemi z kovů, polymerů, průhledných materiálů využívaných v optice, polovodičů či oxidů, a rozličných materiálů využitelných pro tiskovou matrici. I s rozměry se dá s dalším vývojem jít níž – zatím se zdá, že by mělo být možné vyrábět organizované struktury z částeček o průměru pouhé 2 nm.
Jako každá novinka, se kterou nás výzkumné týmy potěší, má i tato technologie před sebou pár let dalšího vývoje, nežli se dostane do komerční sféry a stane se běžně dostupnou.
Zdroj: IBM, Nature.com, InformationWeek, Ars technica, TG Daily
