Изготовление конструкций из 2D материалов на 3D принтере

Aug 12, 2023

В стремлении использовать исключительные свойства графена и других 2D-материалов исследователи флагманского ассоциированного члена графена KTH Королевского технологического института (Швеция) и флагманского партнера графена Университета Бундесвера в Мюнхене (Германия) и исследовательского центра SENS объединили усилия для структурирования 2D-материалы с использованием прямого письма с помощью встроенного лазера коммерческого двухфотонного 3D-принтера. Опубликованная в ACS Nano методика работает с диселенидом платины, дисульфидом молибдена и графеном, выращенными или перенесенными на покровные стекла из боросиликатного стекла.

Традиционные методы, такие как оптическая литография и лазерно-интерференционная литография, требуют покрытия 2D-материала защитной резистивной маской, позволяющей обнажать только определенные области 2D-материала во время травления. Однако процесс нанесения покрытия, проявления и удаления фоторезиста может повредить 2D-материал.

Представленная в исследовании методика не требует маскирующего слоя, что позволяет избежать загрязнения и повреждения подложки. Для структурирования 2D-материалов исследователи использовали масляно-иммерсионный объектив и прозрачную подложку. Команда смогла создать наноотверстия (диаметром ≥100 нм) на площади 200 × 200 мкм всего за несколько секунд.

Эта работа особенно интересна, поскольку позволяет ученым и промышленникам, не имеющим доступа к стандартным средствам микропроизводства, исследовать новые концепции и устройства на основе 2D-материалов. Поскольку двухфотонные 3D-принтеры становятся все более дешевыми и распространенными в исследовательских лабораториях и компаниях, этот метод можно использовать для быстрого прототипирования и производства новых 2D-устройств на основе материалов в различных областях исследований.

«Предоставление возможности работать с 2D-материалами за пределами чистых помещений снижает планку для участия в этой захватывающей области исследований», — говорит Алессандро Энрико, один из ведущих авторов исследования, который раньше работал в Отделе микро и наносистем (MST). в KTH и недавно переведен в Университет Павии в Италии. «У этого подхода есть и другие преимущества по сравнению с традиционными литографическими процессами: материал не повреждается и не загрязняется в результате многократных этапов нанесения покрытия и промывки растворителем. Отсутствие химикатов также означает более экологичный подход к исследованию и производству 2D-материалов», — добавляет исследователь.

Нанопаттернирование 2D-материалов с помощью двухфотонного 3D-принтера. (а) 3D-схема метода лазерной записи. 2D-материал либо выращивается, либо переносится на лицевую сторону тонкого покровного стекла. (б), (в) и (г) представляют собой массивы наноотверстий в диселениде платины (PtSe2), дисульфиде молибдена (MoS2) и графене соответственно. Масштабная линейка: 1 мкм для PtSe2, 500 нм для MoS2 и 300 нм для графена.

Следующим шагом является исследование совместимости этого метода с мембранами из подвесных 2D-материалов и замена стеклянной подложки другими функциональными.

Этот проект был реализован в рамках флагманского проекта Graphene и партнерского проекта флагманского графена FLAG-ERA JTC 2019 2D-NEMS, который связан с рабочим пакетом датчиков флагманского графена.

Ссылка

Энрико, Алессандро и др. «Сверхбыстрое и не требующее сопротивления наноструктурирование 2D-материалов с помощью фемтосекундного лазерного облучения». АСУ нано 17.9 (2023): 8041-8052. https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.2c09501

Научный писатель и координатор инициативы «Разнообразие в графене».

Научный писатель и координатор инициативы «Разнообразие в графене».