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Nouvelle technique permet une impression rapide de l'électronique microscopique

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Une nouvelle technique d'impression extraordinairement minces rapidement sur de vastes zones pourraient conduire à plus large, moins cher et plus polyvalent électronique affiche ainsi de nouveaux dispositifs médicaux, des capteurs et d'autres technologies.

Résolution d'un fondamental et de longue date dilemme, les ingénieurs chimistes à Princeton développé une méthode de tir stable électriquement chargées des jets de liquide à partir d'un large buse. La technique, qui a produit des lignes à 100 nanomètres de largeur (environ un dix millième de millimètre), offre au moins 10 fois meilleure que la résolution d'impression à jet d'encre et beaucoup plus rapidement et facilement que les modèles conventionnels nanotechnologie.

"Il s'agit d'un système de prestation de liquide sur une micro-échelle", a déclaré Ilhan Aksay, professeur de génie chimique. "Et cela devient une véritable technologie de l'écriture."

Aksay et étudiant diplômé Sibel Korkut a publié les résultats le 25 Janvier dans les Physical Review Letters. Le document comprend également en tant que co-auteur Dudley Saville, un professeur de génie chimique à l'origine de ce projet, mais il est décédé en 2006. La recherche a été financée par des subventions de l'Armée Bureau de la recherche, de la National Science Foundation et la NASA.

Développer une compréhension profonde de la physique fondamentale derrière le processus plutôt que de construire des équipements hautement spécialisés, les chercheurs ont été en mesure d'utiliser un embout qui est d'un demi-millimètre de largeur, soit 5000 fois plus large que les lignes qu'il produit.

La clé de ce processus est ce qu'on appelle un "electrohydrodynamic (DHM) jet" - un jet de liquide forcé par une buse d'un très fort champ électrique. Ces jets ont d'abord été étudiés en 1917 et sont maintenant couramment utilisées dans divers procédés industriels. Cependant, l'une des principales caractéristiques des jets JEP est que le flux de liquide devient instable, peu après, il quitte la buse et incontrôlable, soit autour de fouets ou se décompose en fines gouttes de liquides. Les ingénieurs ont utilisé ces effets à leur avantage dans la filature de fibres et de la peinture industrielle electrospray, mais la raison de l'instabilité du fouet, et donc tout espoir de l'arrêter, a été un problème de longue date.

Au début de cette décennie, deux chercheurs travaillant indépendamment - Princeton Hak Poon étudiant diplômé de l'Université Cornell et physicien Harold Craighead - a constaté que le jet a été stable pendant une très courte distance après leur sortie de la buse, mais le résultat n'est toujours pas pratique Et les raisons sont encore insaisissables.

"Pour comprendre comment contrôler le jet dans toute application, nous avons eu le génie de comprendre pourquoi ce qui se passait», dit Aksay.

Korkut a relevé le défi et a travaillé pendant près de six ans pour glaner les mécanismes à jouer. En fin de compte, elle a trouvé qu'un facteur clé est que le jet de liquide est de transférer une partie de sa charge électrique au gaz environnant, qui se brise en particules chargées et réalise certains de la transmission du courant électrique. Korkut ses prédécesseurs et d'autres scientifiques ont cherché seulement à la densité des charges électriques sur la surface du jet de liquide.

Élargir son point de vue du système Korkut a conduit à une manière simple de contrôle de la stabilité du jet de gaz et de l'évolution de la quantité de vapeur d'eau. Elle était capable de produire une très rectiligne et stable jet de plus de 8 mm de la buse.

Le résultat est très pratique non seulement en raison de la finesse de la filière, mais aussi parce que la grande taille de la buse et de la distance de la buse à la surface imprimée empêchera sabots ou confitures.

Aksay dit un chef utilisation de la technique pourrait être conduite dans l'impression électriquement organiques polymères (plastiques) qui pourrait servir de base pour les gros appareils électroniques. Techniques conventionnelles pour la fabrication des fils de cette taille (100 nanomètres) exigent laborieusement les lignes de gravure avec un faisceau d'électrons, qui ne peut être fait dans de très petites surfaces. La nouvelle technique permet de fixer des lignes au taux de mètres par seconde, contre millionièmes de mètre par seconde.

Une autre application serait d'utiliser un liquide qui se solidifie en une fibre pour la fabrication tridimensionnelle précise lattices. Un tel produit pourrait être utilisé comme un échafaudage pour favoriser la coagulation du sang dans les plaies et dans d'autres dispositifs médicaux.

Princeton University a déposé un brevet sur la découverte et a accordé une licence de droits d'Vorbeck Materials Corp, une société de spécialités chimiques basé dans le Maryland.

«L'électronique est un énorme potentiel d'application pour cette découverte», a déclaré John Lettow, président de Vorbeck et de génie chimique en 1995 ancien élève de Princeton. "La technique d'impression pourrait grandement augmenter la taille des écrans vidéo et de la rapidité avec laquelle les affichages de haute performance sont faits." Lettow dit cette technique pourrait également être utilisée dans la création de gros capteurs qui recueillent des informations sur une large zone, par exemple un capteur imprimé sur une aile d'avion afin de détecter la fatigue du métal.

Pour Korkut, qui publie les résultats de la première revue marque un physique agréable conclusion à des années de travail minutieux qui n'offrait aucune garantie d'une réponse concrète. "Vous êtes en creusant un trou et vous ne savez pas si vous aurez touché le fond», dit Korkut. "On pourrait faire des creuser".

Même si elle a commencé à voir l'amélioration de la stabilité du jet au bout de cinq ans, elle n'a toujours pas manipuler avec précision sur les causes. Aksay et son Saville pressé d'avoir une compréhension plus approfondie avant de publier les résultats.

"Il a fallu plus d'un an après, nous avons vu les indices. Nous avons eu à examiner de nombreuses possibilités», a dit Korkut.

Aksay dit Korkut réussi en raison de sa persistance. "Si vous abandonner trop rapidement, vous ne pouvez pas arriver à une percée".

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Article adapté par Medical News Today de l'original du communiqué de presse.
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Source: Steven Schultz
Princeton University, école d'ingénieur

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