چاپ سه‌بعدی مواد نانو ممکن می‌شود
مونتاژ ساختارهای مواد نانو با استفاده از پلیمریزاسیون نوری تقریباً سه برابر سریع‌تر از سایر روش‌های چاپ سه‌بعدی در مقیاس نانو است.
در آیندۀ نزدیک ممکن است در مقیاس نانو اتفاقات عجیب و جالبی رخ دهد. این امر می‌تواند پیش‌بینی‌ها در علم مواد را دشوار کند. البته معنای دیگر آن این است که مهندسان نانو می‌توانند مواد سبک وزن با ویژگی‌های متمایز مانند افزایش استحکام، تعاملات متناسب با نور یا صدا، و ظرفیت افزایش یافته برای کاتالیز یا ذخیرۀ انرژی تولید کنند.
استراتژی‌های زیادی برای تولید دقیق این مواد نانو وجود دارد، اما در بیشتر آنها از لیزر برای القای «فتوپلیمریزاسیون» (photopolymerization) در الگوی مواد حساس به نور استفاده می‌شود. در سال‌های اخیر، دانشمندان پیشرفت قابل توجهی در غلبه بر محدودیت‌های این روش داشته‌اند.
یکی از این محدودیت‌ها سرعت است. سوراب ساها (Sourabh Saha) مهندس موسسه فناوری جورجیا در آتلانتا، می‌گوید که مونتاژ نانوساختارها با استفاده از پلیمریزاسیون نوری تقریباً سه برابر سریع‌تر از سایر روش‌های چاپ سه بعدی در مقیاس نانو است. این ممکن است برای استفاده در آزمایشگاه کافی باشد، اما برای تولید در مقیاس بزرگ یا فرآیندهای صنعتی بسیار کند است.
در سال ۲۰۱۹، ساها و شی‌چی شن (Shih-Chi Chen) مهندس مکانیک از دانشگاه چینی هنگ‌کنگ و همکارانشان نشان دادند که می‌توان با استفاده از ورقۀ نوری ۲ بعدی و الگودار به جای لیزر پالسی معمولی پلیمریزاسیون را تسریع کرد. ساها می‌گوید: «این کار سرعت ما را هزار برابر افزایش می‌دهد و همچنان ویژگی‌های ۱۰۰ نانومتری نیز حفظ می‌شود.» کار بعدی محققان این است که راه‌های دیگری برای ساخت سریع‌تر مواد نانو شناسایی کنند.
چالش دیگر این است که همۀ مواد (مثلاً فلزات) را نمی‌توان مستقیماً از طریق پلیمریزاسیون نوری به شکل سه‌بعدی چاپ کرد. اما جولیا گریر (Julia Greer)، دانشمند مواد در موسسه فناوری کالیفرنیا در پاسادنا، راه‌حلی هوشمندانه یافته است. در سال ۲۰۲۲، او و همکارانش روشی را توصیف کردند که در آن هیدروژل‌های فوتوپلیمریزه شده به عنوان یک الگو در مقیاس کوچک عمل می‌کرد. سپس نمک‌های فلزی به آنها تزریق می‌شود تا فلز ساختار قالب را به خود بگیرد و در عین حال منقبض شود. اگرچه این فن در ابتدا برای ساختارهای ریزمقیاس توسعه داده شد، تیم گریر از این استراتژی برای ساخت در مقیاس نانو نیز استفاده کرده است و محققان امیدوارند بتوانند از این راهبرد برای ساخت نانوساختارهای کاربردی از فلزات ناهموار و با نقطه ذوب بالا و آلیاژها استفاده کنند.
آخرین مانع مسئلۀ اقتصاد است که دشوارترین مانع نیز هست. به گفتۀ ساها، سیستم‌های مبتنی بر لیزر پالسی که در بسیاری از روش‌های فوتوپلیمریزاسیون استفاده می‌شوند، بیش از ۵۰۰,۰۰۰ دلار آمریکا قیمت دارند. اما جایگزین‌های ارزان‌تری نیز در افق به چشم می‌خورند. به عنوان مثال، فیزیکدان مارتین وگنر (Martin Wegener) و همکارانش در مؤسسه فناوری کارلسروهه در آلمان، لیزرهای پیوسته‌ای را بررسی کرده‌اند که ارزان‌تر و کوچک‌تر از لیزرهای پالسی استاندارد مصرف انرژی کمتری نیز دارند. برای همین گریر یک شرکت نوپا برای تجاری‌سازی این فرایند معماری نانو راه‌اندازی کرده است. هدف او این است که از این روش برای تولید ورقه‌های فلزی مناسب برای نسل بعدی از زره‌های پوشیدنی یا بدنۀ بسیار مقاوم هواپیما یا دیگر وسایل نقلیه استفاده کند.
منبع: آنا
- چاپ سه‌بعدی مواد نانو ممکن می‌شود
