Новый тип смолы позволяет создавать 3-D микроскульптуры с высокой проводимостью

Источник: phys.org

Японские исследователи опробовали известную в искусстве технологию микроскульптуры на новом типе смолы. В результате у них получились 3-D структуры сложной формы, обладающие высокой проводимостью и по размерам сопоставимые с типичными бактериями. Наиболее перспективные области применения разработки — создание микроэлектродов для работы с мозгом, а также сменных электродов для топливных элементов и батарей. В проекте приняли участие физики и химики из Национального университета Йокогамы, Токиского технологического института и компании C-MET, Inc. Как отмечает ведущий автор разработки аспирант Юя Дайчо, существующие микроэлектроды для работы с мозгом представляют собой двумерные массивы игл. Новая технология позволяет создавать более сложные трехмерные массивы, в которых иглы могут иметь разную длину и форму. Авторы также предусматривают создание микроскопических 3-D катушек для отопительных систем.

В настоящее время ученые имеют доступ к материалам, позволяющим изготавливать сложные трехмерные структуры в микромасштабе. Но необходимой частью подготовки электродов является процесс карбонизации (обугливания) микроструктур. Такая обработка увеличивает электропроводность смолы и площадь поверхности электрода. Большинство смол, доступных по коммерческим критериям, при обжиге теряют форму. Изготовленные из них структуры становятся неузнаваемыми. Команда под руководством Дайчо и его коллеги Седзи Маруо, разработала новую светочувствительную смолу, включающую материал RDGE (резорцина диглицидиловый эфир). Это вещество обычно используется для разбавления других смол, но никогда прежде не применялось в 3-D скульптуры.

Исследователи протестировали смеси с тремя различными концентрациями RDGE. И хотя в процессе карбонизации материал давал усадку, микроструктуры из него не теряли форму. При низкой концентрации RDGE усадка составила 30%, при высокой концентрации — 20%. Контролируемая усадка может приносить пользу в том случае, если необходима миниатюризация структуры. Ученые опробовали на новой смоле две известные технологии, применяющиеся для 3-D формирования. Первая методика, называется микротрансферным литьем: светочувствительная жидкость заливается в требуемую форму, а затем затвердевает под действием ультрафиолетового света. Другой метод — двухфотонная полимеризация — является более универсальным. В этом случае лазер «рисует» фигуру на поверхности жидкой смолы и формирует ее слой за слоем.

Были подготовлены объекты разной формы: диски, спиральные пирамиды и скульптуру «стэнфордского зайчика» (фигура, которая часто используется в 3-D моделировании и компьютерной графике). Все объекты ученые подвергли карбонизации при температуре 800 градусов по Цельсию, а затем проанализировали при помощи сканирующего электронного микроскопа. Заданная форма объектов хорошо сохранилась. На следующем этапе команда планирует получить полезные углеродные микроструктуры при более высоких температурах. Такой переход может уничтожить микроструктуру, но есть шанс, что она превратится в графит, проводник более высокого качества, чем просто обугленная смола.

Рисунок: physorg.com