Realizzazione di strutture su materiali 2D con una stampante 3D

Aug 12, 2023

Nel tentativo di sfruttare le eccezionali proprietà del grafene e di altri materiali 2D, i ricercatori del membro associato del Graphene Flagship KTH Royal Institute of Technology (Svezia) e del partner del Graphene Flagship, l'Università della Bundeswehr di Monaco (Germania) e il Centro di ricerca SENS hanno unito le forze per strutturare Materiali 2D che utilizzano la scrittura diretta con il laser integrato di una stampante 3D commerciale a due fotoni. Pubblicata su ACS Nano, la tecnica ha funzionato su diseleniuro di platino, disolfuro di molibdeno e grafene cresciuti o trasferiti su vetrini di vetro borosilicato.

I metodi tradizionali, come la litografia ottica e la litografia a interferenza laser, richiedono il rivestimento del materiale 2D con una maschera protettiva protettiva, consentendo l'esposizione solo di aree specifiche del materiale 2D durante l'incisione. Tuttavia, il processo di rivestimento, sviluppo e rimozione del fotoresist può danneggiare il materiale 2D.

La tecnica presentata nello studio non richiede uno strato di mascheramento, evitando così la contaminazione e il danneggiamento del substrato. Per strutturare i materiali 2D, i ricercatori hanno utilizzato un obiettivo a immersione in olio e un substrato trasparente. Il team è stato in grado di generare nanofori (diametro ≥100 nm) in un’area di 200 μm × 200 μm in pochi secondi.

Il lavoro è particolarmente interessante perché consente agli attori scientifici e industriali che non hanno accesso alle strutture di microfabbricazione standard di esplorare nuovi concetti e dispositivi basati su materiali 2D. Poiché le stampanti 3D a due fotoni stanno diventando più economiche e più comuni nei laboratori di ricerca e nelle aziende, questo metodo può essere utilizzato per prototipare rapidamente e produrre nuovi dispositivi 2D basati su materiali in vari campi di ricerca.

"Fornire un modo per lavorare con materiali 2D al di fuori delle camere bianche abbassa il livello di impegno in questo entusiasmante campo di ricerca", afferma Alessandro Enrico, uno degli autori principali dello studio, che ha lavorato presso la Divisione di Micro e Nanosistemi (MST) al KTH e recentemente trasferito all'Università di Pavia in Italia. “Questo approccio presenta altri vantaggi rispetto ai processi litografici convenzionali: il materiale non viene danneggiato o contaminato dalle molteplici fasi di rivestimento e risciacquo con solvente. L’assenza di sostanze chimiche significa anche un approccio più rispettoso dell’ambiente per la ricerca e la produzione di materiali 2D», aggiunge il ricercatore.

Nanopatterning di materiali 2D utilizzando una stampante 3D a due fotoni. (a) Schema 3D dell'approccio di scrittura laser. Il materiale 2D viene coltivato o trasferito sul lato anteriore di un sottile coprioggetto in vetro. (b), (c) e (d) presentano array di nanofori rispettivamente in diseleniuro di platino (PtSe2), disolfuro di molibdeno (MoS2) e grafene. Barra della scala, 1 μm per PtSe2, 500 nm per MoS2 e 300 nm per grafene.

Il prossimo passo è studiare la compatibilità di questo metodo con le membrane di materiale 2D sospese e sostituire il substrato di vetro con altri funzionali.

Questo progetto è stato realizzato nell'ambito del Graphene Flagship e del Graphene Flagship Partnering Project FLAG‐ERA JTC 2019 2D‐NEMS, che è affiliato al pacchetto di lavoro Sensors del Graphene Flagship.

Riferimento

Enrico, Alessandro et al. "Nanopatterning ultraveloce e privo di resistenza di materiali 2D mediante irradiazione laser a femtosecondi." ACS nano 17.9 (2023): 8041-8052. https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.2c09501

Scrittore scientifico e coordinatore dell'iniziativa "Diversity in Graphene".

Scrittore scientifico e coordinatore dell'iniziativa "Diversity in Graphene".