30 نوفمبر 2023 (أخبار Nanowerk) من المنازل إلى المعينات السمعية، تُحدث الطباعة ثلاثية الأبعاد (3D) ثورة في كيفية إنشاء هياكل معقدة على نطاق واسع. وبالنظر إلى المستويات الدقيقة والنانو، فإن العملية المعروفة باسم الطباعة الحجرية للبلمرة ثنائية الفوتون (TPL) تسمح للعلماء والمهندسين ببناء أشياء بدقة مجهرية، والتي لها آثار واسعة النطاق على الصناعات التي تتراوح من الطب إلى التصنيع. في الحوسبة والاتصالات، على سبيل المثال، يمكن استخدام TPL لتطوير مواد بصرية جديدة، مثل البلورات الضوئية التي يمكنها التعامل مع الضوء بطرق جديدة. ومع ذلك، وعلى الرغم من وعدها، إلا أن بعض التحديات التي تحول دون تسخير إمكاناتها بشكل كامل لا تزال في الطريق. وأهم هذه التحديات هو التحدي المتمثل في تحقيق انكماش موحد وأحجام مميزة أقل من الطول الموجي للضوء المرئي، وهو أمر ضروري عندما يتعلق الأمر بالتلاعب المتقدم بالضوء. في مواجهة هذا التحدي، قام فريق من الباحثين بقيادة البروفيسور جويل يانغ من ركيزة تطوير المنتجات الهندسية بجامعة سنغافورة للتكنولوجيا والتصميم (SUTD) - بالتعاون مع نظرائهم من مركز التكنولوجيا الصناعية في محافظة واكاياما في اليابان - بتقديم طريقة جديدة يضمن انكماشًا متساويًا للهياكل المطبوعة ثلاثية الأبعاد عند معالجتها بالحرارة. يؤدي هذا إلى تحسين استخدام TPL في إنتاج ميزات نانوية عالية الدقة. تم نشر ورقتهم البحثية في طبيعة الاتصالات ("عملية الانتقاء والوضع للتقليص الموحد للمواد المطبوعة ثلاثية الأبعاد ذات التصميم الدقيق والمتناهي الصغر").
تعمل الطباعة الحجرية البلمرة ثنائية الفوتون (TPL) على تطوير الدقة في إنشاء هياكل دقيقة ونانوية الحجم، مما يؤثر على صناعات متعددة بدءًا من الطب وحتى التصنيع.
قدم فريق من جامعة سنغافورة للتكنولوجيا والتصميم طريقة جديدة للتقليص الموحد للهياكل المطبوعة ثلاثية الأبعاد، مما يعزز دقة TPL.
تحاكي هذه التقنية العمليات الطبيعية، على غرار كيفية تحرك ديدان الأرض، لمنع التشويه أثناء انكماش المواد المطبوعة ثلاثية الأبعاد.
تسمح عملية التقليص الجديدة بإنشاء هياكل تفصيلية ذات ميزات محسنة ووظائف جديدة محتملة، مثل تدابير مكافحة التزييف.
تهدف الأبحاث المستقبلية إلى توسيع تطبيقات هذه الطريقة، مما قد يؤدي إلى تحسين التقنيات في مجالات مثل الإلكترونيات وأجهزة الاستشعار البصرية وأنظمة التصوير.
المفهوم والتخطيط لعملية الالتقاط والمكان للتقليص الموحد لهياكل النانو الدقيقة المطبوعة ثلاثية الأبعاد. (الصورة: جامعة سوتد)
انكماش موحد للنموذج ثلاثي الأبعاد المطبوع مع ميزات (أ، ب) المجهرية و (ج) النانوية. شريط القياس: 3 μ 20 ميكرومتر لصورتين SEM في أسفل اليمين. (الصورة: SUTD) تبشر التكنولوجيا التي طورها فريق البحث بالوعد في صناعات مثل الإلكترونيات، حيث يمكن استخدامها لتصنيع المشتتات الحرارية المعقدة اللازمة لتبريد الأجهزة عالية الأداء مثل وحدات معالجة الرسومات ووحدات المعالجة المركزية الحديثة. ويفتح الانكماش المستمر للمكونات المطبوعة أيضًا المجال أمام التطبيقات في المجالات التي تتطلب دقة عالية في هيكلة المواد، مثل الأجزاء الميكانيكية ذات الأشكال الهندسية المعقدة، والعناصر البصرية التي تتمتع بقدرات دقيقة على معالجة الضوء، والأجهزة الصوتية التي يمكنها التحكم في الصوت بدقة أكبر. وبالنظر إلى المستقبل، يخطط الباحثون لتوسيع تطبيقات تقنيتهم بما يتجاوز مادة الراتنج البوليمرية الحالية المستخدمة في دراستهم. ومن خلال تطبيق طريقتهم على المواد ذات مؤشرات الانكسار العالية، يهدفون إلى إنشاء بلورات ضوئية أكثر فعالية، والتي يمكن أن تحسن التقنيات في مجال الليزر وأنظمة التصوير وأجهزة الاستشعار البصرية. بالإضافة إلى ذلك، يعمل فريق البحث أيضًا على ضبط التحكم في المسافات في الهياكل المطبوعة لإنتاج نماذج ثلاثية الأبعاد كاملة الألوان يمكنها التحكم بدقة في طريقة معالجة الضوء. ويشمل ذلك الجهود المبذولة لنقل هذه الهياكل ووضعها بدقة على مساحات كبيرة أو بكميات كبيرة، مع الحفاظ على الدقة العالية المطلوبة لهذه التطبيقات المتقدمة.
الوجبات السريعة الرئيسية
المفهوم والتخطيط لعملية الالتقاط والمكان للتقليص الموحد لهياكل النانو الدقيقة المطبوعة ثلاثية الأبعاد. (الصورة: جامعة سوتد)
البحث
في دراستهم، استخدم الباحثون طبقة من البولي (كحول الفينيل)، أو PVA، على ركيزة الطباعة لتسهيل غسل الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد ونقلها إلى ركيزة منفصلة، وبالتالي تمكين تقليل الأجزاء المطبوعة ثلاثية الأبعاد بشكل محكم وموحد. سمح المرفق السائب على الركيزة الجديدة لقاعدة الهياكل بالانزلاق حيث تتقلص الطباعة ثلاثية الأبعاد الإجمالية بشكل موحد أثناء التسخين. يتغلب هذا النهج البسيط والفعال على مشكلة الانكماش غير المنتظم الناتج عن التصاق الهيكل بالسطح الذي تمت طباعته عليه. كما أنه يفتح إمكانيات نقل الأجزاء المطبوعة المجهرية ثلاثية الأبعاد للتكامل مع الأجهزة الأخرى، أو على ركائز غير مناسبة لـ TPL. استلهم البروفيسور يانغ هذه التقنية من الطبيعة، قائلاً: "تمامًا كما تتمدد ديدان الأرض وتنكمش لتتحرك عبر الأسطح، اعتقدنا أنه بإمكاننا تمكين هياكلنا ثلاثية الأبعاد من "الانزلاق" إلى حجم أصغر دون تشويه". وفقًا لتوموهيرو موري، المؤلف الأول للورقة البحثية والباحث الزائر من مركز التكنولوجيا الصناعية بمحافظة واكاياما، "إن الهندسة المعقدة لتميمة مقاطعة واكاياما - بمنحنياتها ونتوءاتها وانحداراتها المختلفة - جعلتها موضوعًا مثاليًا لعرض فعالية تقنيتنا. . ويشير الانكماش الموحد الناجح لمثل هذا النموذج التفصيلي إلى أن طريقتنا يمكن تكييفها لأي شكل، بغض النظر عن شكله أو صلابة المنصة التي يتم وضعها عليها. يتيح نهج الفريق إنشاء هياكل مفصلة بدقة تتجاوز ما يمكن أن تنتجه معدات الطباعة الخاصة بهم في الأصل، وتخترق الحواجز السابقة المتمثلة في الدقة وصلابة المواد المرتبطة بالأشياء المطبوعة ثلاثية الأبعاد. من خلال الاستفادة من عملية الانكماش الجديدة هذه، يمكن للباحثين أيضًا تحسين ميزات الهياكل المطبوعة ثلاثية الأبعاد إلى الحد الذي يمكنها من العمل في أدوار جديدة، مثل المؤشرات البصرية بسبب قدرتها على عرض الألوان الهيكلية. والأهم من ذلك، أن هذه الألوان ليست بسبب الأصباغ ولكنها تنشأ من البنية الداخلية للمادة، والتي عندما يتم تقليل حجمها، تتفاعل مع الضوء بطريقة تغير مظهرها. وهذا يقدم وظائف جديدة للمواد. وأوضح البروفيسور يانغ: "على سبيل المثال، دمج جزيئات معينة تسمى الكروموفور، والتي تكون حساسة لأنواع مختلفة من الضوء، في الهياكل، يمكن أن يسمح لنا بهندسة المواد التي تغير الألوان استجابة لظروف إضاءة محددة". "وهذا له تطبيقات عملية في مكافحة التزييف، حيث يمكن التحقق من أن العناصر أصلية من خلال الألوان الهيكلية المميزة وخصائص الانبعاث لهذه المواد."
انكماش موحد للنموذج ثلاثي الأبعاد المطبوع مع ميزات (أ، ب) المجهرية و (ج) النانوية. شريط القياس: 3 μ 20 ميكرومتر لصورتين SEM في أسفل اليمين. (الصورة: SUTD) تبشر التكنولوجيا التي طورها فريق البحث بالوعد في صناعات مثل الإلكترونيات، حيث يمكن استخدامها لتصنيع المشتتات الحرارية المعقدة اللازمة لتبريد الأجهزة عالية الأداء مثل وحدات معالجة الرسومات ووحدات المعالجة المركزية الحديثة. ويفتح الانكماش المستمر للمكونات المطبوعة أيضًا المجال أمام التطبيقات في المجالات التي تتطلب دقة عالية في هيكلة المواد، مثل الأجزاء الميكانيكية ذات الأشكال الهندسية المعقدة، والعناصر البصرية التي تتمتع بقدرات دقيقة على معالجة الضوء، والأجهزة الصوتية التي يمكنها التحكم في الصوت بدقة أكبر. وبالنظر إلى المستقبل، يخطط الباحثون لتوسيع تطبيقات تقنيتهم بما يتجاوز مادة الراتنج البوليمرية الحالية المستخدمة في دراستهم. ومن خلال تطبيق طريقتهم على المواد ذات مؤشرات الانكسار العالية، يهدفون إلى إنشاء بلورات ضوئية أكثر فعالية، والتي يمكن أن تحسن التقنيات في مجال الليزر وأنظمة التصوير وأجهزة الاستشعار البصرية. بالإضافة إلى ذلك، يعمل فريق البحث أيضًا على ضبط التحكم في المسافات في الهياكل المطبوعة لإنتاج نماذج ثلاثية الأبعاد كاملة الألوان يمكنها التحكم بدقة في طريقة معالجة الضوء. ويشمل ذلك الجهود المبذولة لنقل هذه الهياكل ووضعها بدقة على مساحات كبيرة أو بكميات كبيرة، مع الحفاظ على الدقة العالية المطلوبة لهذه التطبيقات المتقدمة.
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://www.nanowerk.com/news2/gadget/newsid=64150.php
