Навигация по сайту

Популярные статьи

REGIONS.RU — новости Федерации | Изменения в избирательном законодательстве происходят, но в направлении, которое отдаляет нас от демократии


Участковые избирательные комиссии начали подготовку к выборам в Югре
Жителей Югры ожидает самая масштабная с 2013 года избирательная кампания в городских и сельских поселениях, а так же выборы губернатора Тюменской области. Информацию о подготовке к выборам озвучили на

Виды избирательного права, виды источников
Понятие избирательная система характерно, прежде всего, для демократического режима государственного устройства. В различных странах с таким режимом система выборов устроена, имеет различную структуру

Я будущий избиратель
МУНИЦИПАЛЬНЫЙ КОНКУРС СОЧИНЕНИЙ И ЭЛЕКТРОННЫХ ПРЕЗЕНТАЦИЙ ПО ИЗБИРАТЕЛЬНОМУ ПРАВУ СРЕДИ УЧАЩИХСЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ ГОРОДСКОГО ОКРУГА ПОДОЛЬСК Сочинение «Я – будущий избиратель»

Порядок выборов депутатов Государственной Думы
  В соответствии с Конституцией РФ (ст. 95, 96, 97) Государственная Дума состоит из 450 депутатов и избирается сроком на 4 года. Порядок выборов депутатов Государственной Думы устанавливается федеральным

Подсчет голосов
Процесс подсчета голосов избирателей регламентируется Федеральным законом «Об основных гарантиях избирательных прав и права на участие в референдуме граждан РФ» (статья 68). За нарушение правил подсчета

Я - Избиратель
Я - ИЗБИРАТЕЛЬ. Чтобы сделать из людей хороших граждан, им следует дать возможность проявлять свои права граждан и исполнять обязанности граждан. С. Смайлс, писатель. Я - будущий

2.8. вскрытие стационарных ящиков для голосования, сортировка избирательных бюллетеней
2.8. Вскрытие стационарных ящиков для голосования, сортировка избирательных бюллетеней Перед вскрытием стационарных ящиков для голосования председатель УИК разъясняет присутствующим при подсчете

Избирательные цензы
Избирательные цензы – это установленные законом условия, которым должен соответствовать гражданин, чтобы обладать избирательным правом. Избирательные цензы есть как для активного, так и для пассивного

Я - Избиратель
Я - ИЗБИРАТЕЛЬ. Чтобы сделать из людей хороших граждан, им следует дать возможность проявлять свои права граждан и исполнять обязанности граждан. С. Смайлс, писатель. Я - будущий

Облако меток

Лазерная струйка фемтолитровых металлических капель для трехмерных печатных структур высокого разрешения

Цифровая печать металлов, вероятно, является единственным наиболее важным элементом, отсутствующим в функциональной 3D-печати, технологии, которая сегодня все еще почти полностью основана на полимерных материалах. Трехмерные структуры, состоящие из полимеров, обычно не имеют необходимых механических, электрических и тепловых свойств для функциональных структур и устройств. Осаждение металла обычными методами, испарением или электрохимией, совершенно недостаточно для быстрого наращивания многослойных трехмерных структур. В настоящее время основной подход к печати металлов основан на металлических чернилах, составах чернил с наночастицами или микронных частиц. 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 который может быть напечатан и затем спечен для получения металлического слоя. Как правило, такие металлические чернила и пасты были разработаны для методов печати, используемых в полиграфической промышленности, таких как трафаретная печать. 10 , 11 , 12 , струйная печать 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , флексография и гравюра 13 , 14 , 15 , Тем не менее, есть несколько известных ограничений для печатных красок. Предложение металлов довольно ограничено, а предлагаемые варианты в основном ограничены серебром, золотом или медью. Кроме того, геометрия печатного объекта ограничена свойствами смачивания жидкостью, и этап термического спекания после печати еще больше ограничивает выбор материала подложки.

Металлические микрокапельки могут быть напечатаны 16 , 17 , 18 непосредственно из объемной твердой фазы с помощью лазерного прямого переноса (LIFT) 19 , 20 Преодоление ограничений, связанных с печатными металлическими чернилами. ЛИФТ-печать основана на так называемом «доноре», который состоит из прозрачной подложки, покрытой тонким слоем материала для печати (обычно толщиной в несколько десятков нанометров) ( Рис. 1а ). Лазерный импульс, сфокусированный на границе раздела между металлическим слоем и подложкой, вызывает локальный термический нагрев с последующим изменением фазы и высоким локальным давлением, которое приводит к выбросу печатного материала. Недавние сообщения описывают субмикронную металлическую струю капель 21 , 22 , 23 используя фемтосекундные импульсы. Рисунок 1а Схематично описывается механизм струйной LIFT в случае «металлической ванны», где вся толщина металлического слоя плавится локально в течение длительности лазерного импульса. (Высокое) термически индуцированное давление на границе раздела подложка-жидкость затем приводит к образованию капель и выплескиванию из переходного слоя расплавленной жидкости 24 , 25 , Капли, которые выходят из такого слоя расплавленного металла, обычно имеют ограниченную направленность, и в результате точность печати является довольно низкой, если донор не находится в очень непосредственной близости, обычно в несколько десятков микрон, к акцепторной подложке 16 , 17 , 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 ,

Рисунок 1Рисунок 1

( a1 - a5 ) Схематическая иллюстрация эволюции, происходящей в классическом случае переноса ЛИФТА из «расплава». Металлический слой полностью плавится в течение длительности импульса. ( b1 - b5 ) Схема эволюции переноса TIN, при которой только часть металлического слоя плавится в течение длительности импульса.

В этой работе мы описываем новый механизм струйной печати, который обеспечивает стабильную высоконаправленную струйку металлических капель с довольно большого расстояния (> 400 мкм), что позволяет преодолеть основные ограничения для случая печати LIFT с «расплавленной ванной». Это в первую очередь стало возможным благодаря другому механизму струи, который эффективен при использовании субнаносекундных импульсов и относительно толстых металлических донорных слоев (толщина> 300 нм). Рисунок 1b описывает этот случай схематично; он включает в себя формирование термически индуцированного квази-сопла, которое, в отличие от случаев, описанных ранее, обеспечивает высокую направленность возникающих капель. Используя субнаносекундные импульсы (~ 0,4 нс), медный слой толщиной ~ 300 нм все еще плавился бы до свободной поверхности в течение длительности импульса. Однако для слоя толщиной> 300 нм длина термодиффузии в пределах длительности импульса меньше толщины слоя (подробное соотношение описано ниже в отношении Рис. 2 ). Чтобы фронт расплавленного металла достигал свободной поверхности за счет диффузии тепла, необходимо увеличить энергию импульса, чтобы избыточная тепловая энергия, необходимая для фронта расплава, продолжала распространяться даже после прекращения импульса. Фронт расплавленного материала действительно достигнет свободной поверхности за счет термодиффузии, однако в то же время вокруг центральной области расплава образуется сплошная стенка, образующая отверстие ( Рис. 2с ), так называемое «термически индуцированное сопло» (TIN). Эта твердая и круговая симметричная апертура обеспечивает высокую направленность капле расплавленного металла при ее выбросе. Мы покажем, как этот механизм TIN обеспечивает стабильное струйное излучение с очень низкой угловой расходимостью в случае медных слоев толщиной 500 нм и лазерных импульсов 400 пикосекунд ( Рис. 3 ).

Рисунок 2: Критерий TIN для металлического меди в зависимости от длительности лазерного импульса и толщины слоя меди.

Нижняя предельная кривая (синяя) получается из уравнения. 1 с D = 1,1 см2 / с, λ = 532 нм и κ = 2,59. Верхний предел (зеленая кривая) получается с использованием уравнения. 2 (см. Приложение). Экспериментальные результаты (красные ромбы), полученные в условиях, описанных в связи с Рис. 3 ,

Рисунок 3: 3D контуры металлических концентрических колец, напечатанных на натриевой соде, покрытой тонким слоем золота 100 нм.Рисунок 3: 3D контуры металлических концентрических колец, напечатанных на натриевой соде, покрытой тонким слоем золота 100 нм

Толщина донорного слоя: ( а ) 300 нм, ( б ) 500 нм, ( в ) 750 нм и ( г ) 1000 нм, а расстояние между зазорами составляет (1) 100 мкм, (2) 400 мкм и (3) 1000 мкм. , ( a4 - d4 ) Наложенные профили линий для разного расстояния зазора и для каждого из значений толщины донора (профили были взяты по середине колец, см. черные стрелки, нанесенные на трехмерные контурные изображения, которые указывают направление профиля линии); ( e ) СЭМ-изображение концентрических колец, напечатанное в условиях ( b 2); ( f ) То же SEM-изображение при наклоне 55 градусов.

Режим TIN эффективен для hp <hm, где hp обозначает разжиженную толщину донорного слоя в пределах длительности импульса, τ, а hm - толщина металлического слоя. hp можно рассчитать, учитывая глубину оптического поглощения ho и глубину рассеивания тепла hh в пределах длительности импульса. В случае нано- и субнаносекундных импульсов температура решетки и электронов одинакова, и нагревание слоя регулирует одно уравнение теплопроводности. Хорошее приближение 26 глубины нагрева в течение длительности импульса определяется как Режим TIN эффективен для hp <hm, где hp обозначает разжиженную толщину донорного слоя в пределах длительности импульса, τ, а hm - толщина металлического слоя где D обозначает коэффициент термодиффузии металла. Нижний предел для условия TIN может быть оценен уравнением 1, где λ - длина волны лазера, а κ - мнимая часть показателя преломления.

Обратите внимание, что уравнение 1 не отражает тот факт, что существует определенный порог флюенса импульса для осуществления струи. Однако TIN-LIFT также зависит от флюенса импульса, отражающего четыре основных режима печати: 1) флюенс импульса ниже порогового значения, и струйное излучение не происходит; 2) Припороговый режим; 3) стабильный режим струйной капли; 4) Режим распыления. С другой стороны, при слишком низкой импульсной плотности энергии недостаточно для переноса материала (Режим 1), с другой стороны, когда слишком высокая плотность энергии, вкладывается дополнительная энергия, что приводит к локальному взрыву слоя расплавленного металла, что приводит к передаче материал в виде струи распыления (всплеск очень мелких капель с низкой направленностью). Близкий к порогу (режим 2) процесс печати обычно характеризуется нестабильной струйной печатью. Оптимальные условия струи достигаются выше порога ( глава 1 дополнительная ) который, в зависимости от специфики используемого материала, может обеспечить достаточно большое рабочее окно для качественной струйной обработки одной капли.

Плотность лазерного импульса, Fp, должна быть достаточно высокой, чтобы локально сжижать всю толщину металлического слоя hm при распространении тепла. С другой стороны, существует верхний предел Fp, чтобы избежать нестабильной деформации и разрушения тонкого металлического слоя. Поэтому существует максимальное значение толщины металлического слоя, hmax, для которого может поддерживаться стабильный перенос микрокапель. Для точного определения этих условий мы должны рассмотреть механическую и жидкостную динамику при высоком давлении и описать распространение фронта термического и фазового перехода. Чтобы упростить вопросы и дать разумную оценку, не прибегая к такому двумерному численному моделированию, мы предполагаем, что температура в слое ограничена температурой кипения металла (см. дополнение ). Это разумное приближение, поскольку выше температуры кипения давление, создаваемое на границе раздела, будет слишком большим и приведет к резкой деформации слоя и его разрушению, а не к струйной каплеобразованию.

фигура 2 описывает условия формирования TIN как функцию толщины слоя и длительности лазерного импульса. Примечательно, что практическое рабочее окно для тонких пленок (толщина ~ <1 мкм) получено для субнаносекундных импульсов. В отличие от коротких импульсов, т.е. длительностью в несколько пикосекунд и более коротких, рабочее окно становится очень узким. Мы отмечаем, что соответствующий субнаносекундный режим с его удобным рабочим окном может обслуживаться несколькими лазерными технологиями, например, монолитными пассивными лазерами с модуляцией добротности и, в последнее время, мощными волоконными лазерами в конфигурациях MOPA или MOFA.

Для подтверждения критерия режима ИНН, как показано на Рис. 2 Мы провели исследования переноса ЛИФТ четырех толщин металлических слоев: 300; 500; 750; и 1000 нм. Мы используем для этого исследования удвоенный по частоте лазер Nd: YAG (λ = 532 нм) с пассивной модуляцией добротности с длительностью лазерного импульса 400 пс (Powerchip от Teem Photonics) . На этой длине волны большинство металлов, представляющих интерес, имеет разумное поглощение по сравнению с основной длиной волны (1064 нм). В частности, при 532 нм медь имеет поглощение ~ 40% (в зависимости от стеклянной подложки). Красные бриллианты в Рис. 2 представляют эти четыре условия испытаний.

Отпечатанный образец, выбранный для этого исследования, состоит из двух концентрических колец, каждое с шириной линии 35 мкм. Радиусы составляют 35 мкм и 105 мкм для внутреннего и внешнего колец соответственно, как показано на изображениях SEM в Рис. 3 (е, е ). Кольца состоят из перекрывающихся печатных металлических капель. Капля разбрызгивается с расстояния DHAZ, что указывает на зону термического нагрева, чтобы поддерживать однородное качество печати. Был использован специальный рецепт, чтобы гарантировать высокий коэффициент упаковки капель ( полняющий. ). Мы напечатали такие узоры, используя три разных промежутка: 100, 400 и 1000 мкм для каждого из 4 различных толщин доноров слоев (таким образом, всего двенадцать печатных структур). Для каждой толщины доноров {300, 500, 750 и 1000} нм мы использовали разные энергии импульсов {0,67, 0,88, 0,96, 1,12} Дж / см2 соответственно. Флюенс, который был выбран для каждой толщины донора, был тот, который дал минимальное изменение высоты при струе от различных расстояний зазора (см. Рис. 3a4, b4, c4, d4 ). Подобные методы методы, используемые в работе. 27 , Качество структуры определяли по данным трехмерных топографических измерений (интерферометрический микроскоп Contour GT-InMotion, Bruker). Рисунок 3 изображает двухмерные контуры для двенадцати комбинаций рисунков, описанных выше, где индексы a, b, c и d относятся к толщине донора, а индексы 1, 2 и 3 относятся к расстояниям зазора. Как и следовало ожидать из анализа, представленного в Рис. 2 качество печати и определение линии, полученные с донором 300 нм, показали высокую зависимость от расстояния между зазорами; в этом случае 100 мкм - это уже слишком большой разрыв для качественной печати.

Поддержание условия TIN гарантирует явное улучшение качества печати. Для трех доноров с толщиной> 300 нм результаты печати LIFT имеют хорошее качество, когда зазор составляет не менее 100 мкм. Отметим, что для донора 500 нм печать все еще остается стабильной при зазоре более 400 мкм. Для более толстых доноров (750 нм и 1000 нм) мы наблюдаем расширение напечатанного рисунка в зависимости от зазора, который отражает деформацию капли во время полета и распространение по мере того, как капля воздействует на подложку. Согласно модели, представленной Рис. 2 мы предполагаем, что распространение для более толстых доноров (750–1000 нм) не обусловлено более низкой позиционной точностью (как в случае донора толщиной 300 нм; см. Рис. 3 ), а скорее из-за большего объема капель, что также приводит к увеличению высоты напечатанных рисунков.

Рисунок 4 изображает SEM-изображения медного донорного слоя 300 нм сразу после процесса переноса LIFT. Рисунок 4а изображает три различных уровня флюенса импульса, Fp, которые соответствуют различным режимам; (а1) на пороге (Fp = 0,6 Дж / см2); (a2) режим переноса капель ((Fp = 0,67 Дж / см2); (a3) ​​режим рассеивания капель (Fp = 0,75 / см2). СЭМ-изображения хорошо отражают механизм выброса капель из образования жидкой лужи непосредственно перед струей ( a1), к струйному каплеобразованию (a2), и случай избыточной энергии импульса, приводящий к распылению (a3). Также обратите внимание на схематическую вставку в Рис. 4a1, a2 изображающий этот случай жидкого бассейна. Такое же исследование было проведено с использованием более толстого донора (слой меди 500 нм), поддерживающего те же режимы флюенса импульса (b1) Fp = 0,74 Дж / см2; (b2) Fp = 0,88 Дж / см2; (b3) Fp = 0,96 Дж / см2 ( Рис. 4б ). Здесь мы наблюдаем образование квази-сопла во время выброса капли в соответствии с теорией TIN, как показано выше в Рис. 1б , Дальнейшая поддержка механизма печати TIN-LIFT и модели, схематично описанной в рисунок 1 , приведены в ссылках 27 , 28 , 29 где капелька распространяется 28 динамика одиночной капли, пересекающей разрыв 30 и высокая направленность 27 обсуждаются и анализируются, в частности, зависимость этих величин от толщины донора, зазора между донором и акцептором и флюенса лазера.

Рисунок 4: СЭМ-изображения донорных слоев после сеансов LIFT в различных условиях.Рисунок 4: СЭМ-изображения донорных слоев после сеансов LIFT в различных условиях

( а ) Донорный медный слой имеет толщину 300 нм: ( а1 ) флюенс импульса, Fp = 0,6 Дж / см2 (чуть ниже порога струи); ( а2 ) оптимальная флюенс струйной капли, Fp = 0,67 Дж / см2; (a3) Fp = 0,75 Дж / см2 (избыточная энергия, приводящая к режиму рассеянной струи). ( b ) донорный слой меди толщиной 500 нм: ( b1 ) Fp = 0,74 Дж / см2 (ниже порога печати); ( b2 ) оптимальная энергия переноса капли, Fp = 0,88 Дж / см2; ( b3 ) Fp = 0,94 Дж / см2 (режим рассеянной печати).

Далее мы покажем, как в условиях печати TIN-LIFT можно создавать довольно необычные, неподдерживаемые трехмерные металлические конструкции. Первый пример, показанный в Рис. 5 , демонстрирует печатные металлические колонны с чрезвычайно высоким соотношением сторон. Это является ярким проявлением высокой точности позиционирования металлических капель в условиях TIN, которая позволяет каплям накапливаться одна на другой с высокой точностью. Быстрое затвердевание (в течение наносекунд) каждой капли расплавленного металла, когда она приземляется на ранее напечатанную каплю, предотвращает избыточное распространение и поддерживает постоянную ширину столба при наращивании конструкций. Рисунок 5а, б СЭМ-изображения медных столбов, каждый из которых состоит из 400 капель, напечатанных с зазором 300 мкм (зазор сохраняется по мере изменения высоты столба). Рисунок 5а изображает четыре столбика, где каждый был напечатан с различной беглостью импульса, Fp. Слева направо: Fp = 0,8; 0,84; 0,88; и 0,92 Дж / см2. Для этой конкретной серии столбов диаметр увеличивается от 7 до 10 мкм, а высота увеличивается от 150 до 220 мкм. Измеренные изменения ширины и высоты отражают увеличение объема капель по мере увеличения пульса. Аппроксимируя столбы идеальными цилиндрами, мы можем извлечь объем одной капли. Мы обнаружили, что объем капель находится в диапазоне 10 фемтосалетов: 15 футов; 22fL; 34fL; и 45fL соответственно, для четырех беглостей, указанных выше.

Рисунок 5

( а ) СЭМ-изображение напечатанных столбов, каждый из которых состоит из 400 капель, напечатанных на медной фольге. Четыре колонны были напечатаны с разной пульсацией, слева направо: Fp = 0,8; 0,84; 0,88; и 0,92 Дж / см2. ( б ) увеличьте изображение третьего столба слева от ( а , в ) СЭМ-изображения двухсегментных изогнутых столбов; 100 капель каждая со смещением ΔD = 0, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4 мкм (слева направо). ( d ) СЭМ-изображение вертикального столба и трехсегментного изогнутого столба, для которого 2-й сегмент состоит из 50 капель, каждая из которых смещена на ΔD = 0,3 мкм, а в 3-м сегменте имеется 100 капель, каждая из которых смещена на ΔD = - 0,3 мкм.

Можно использовать преимущества высокой скорости затвердевания капель фемто-подстилки для печати различных изогнутых столбов и неподдерживаемых изогнутых структур. Тем не менее, кривизна обязательно ограничена скоростью затвердевания и будет зависеть от объема капли. Например, для капель 45fL мы обнаруживаем, что угол изгиба может доходить до 30 °. Это продемонстрировано в Рис. 5 (с) для столбов напечатаны в два этапа. Сначала была напечатана вертикальная часть колонны, состоящая из 100 капель. Затем осаждается 100 капель, причем каждая дополнительная капля смещается на расстояние ΔD от своего предшественника (ΔD = 0, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4 мкм, слева направо, соответственно). Повторяемость и точность этого режима печати были продемонстрированы самой правой колонкой в Рис. 5 (г) , На этой фигуре изображен столб с двумя последовательными углами отклонения, где 50 капель были сначала напечатаны с нулевым сдвигом, D = 0, затем 50 капель с D = 0,3 мкм и, наконец, 100 капель с D = -0,3 мкм.

Такие металлические столбы могут найти различные новые применения в фотонике 31 , 32 биология 33 Микромеханика 34 , 35 и микро-батареи 9 , 36 , Например, существует растущая потребность в специально изготовленных электродах для измерения активности мозга или специфической нейронной активации. 37 , 38 , Описанный здесь способ печати позволяет изготавливать специализированные массивы микронного масштаба, где каждый электрод имеет заранее определенное положение, особую длину и ориентацию. Это сводится к изготовлению трехмерных электродных матриц с конструктивной спецификой, которую трудно получить существующими методами изготовления. Дополнительные возможности могут быть открыты за счет конкретного выбора электродного металла или строительных металлоконструкций. Аналогичным образом можно предусмотреть потенциальное использование этого метода печати для изготовления пористых, микронных, плотных электродов для микробатарей, напечатанных на различных, также чувствительных, подложках. Мы отсылаем читателя к Приложению к этой статье для более подробной информации о приложениях и свойствах материала для печати.

Мы отмечаем, что в целом металлические столбы в настоящее время изготавливаются с использованием обычных интегральных схем (IC), которые ограничены конкретными материалами, совместимыми с IC процессами. Кроме того, высота гальванических или испаренных колонн ограничена только несколькими десятками микрон. Существует несколько методов цифровой печати: струйный, супер-струйный 9 , струя расплавленного металла 39 , 40 который может быть использован для наращивания металла и с LIFT 30 , Однако эти методы ограничены конкретным диапазоном материалов и имеют гораздо более низкое разрешение по горизонтали, чем разрешение, полученное с помощью процессов IC. Примечательно, что такой метод LIFT не предъявляет особых требований к условиям окружающей среды для печати.

В следующем примере мы покажем, как этот метод может обеспечить произвольные трехмерные структуры. Процесс изготовления соответствует стандартной 3D-печати и состоит из перекрывающихся микронных капель меди. Рисунок 6 изображает три концентрических цилиндра с исключительно высокими аспектными отношениями, высотой 220 мкм и толщиной стенки 25 мкм, 35 ​​мкм и 45 мкм для внутреннего, среднего и крайнего цилиндров, соответственно.

Рисунок 6Рисунок 6

( а ) СЭМ-изображение трех концентрических цилиндров, напечатанных на медной фольге, с высотой 220 мкм и толщиной стенки: 25, 35 и 45 мкм для внутреннего, среднего и наружного цилиндров соответственно (СЭМ-изображение, полученное при 35 ° наклон); Небольшая плотность мусора и рассеянного материала вокруг рисунка также может наблюдаться. ( б ) увеличенный вид сверху ( а) ; ( в ) трехмерное измерение того же образца.

При струйной обработке микрокапель расплавленного металла в условиях окружающей среды существует риск окисления капли. Такие оксидные слои, которые образуются на поверхности капель, будут влиять на электрические и механические свойства печатных структур. Однако мы обнаружили, что в условиях печати, которые мы использовали, не наблюдалось окисления ни меди, ни золота по всему рабочему окну. Напротив, окисление очевидно при печати алюминия; (увидеть дополнительный раздел Больше подробностей). Степень окисления в этом случае сильно зависит от зазора между донором и акцептором и плотности мощности лазера. Были определены другие физические параметры металлов с печатью LIFT, такие как удельное электрическое сопротивление меди, ρ = 3,6 × объемная медь (монокристаллическая медь), что обусловлено главным образом многокристалличностью печатной меди 41 состоит из нанозерен с размерами зерен до 20 нм и в некоторой степени также с наличием нанометрических пустот. В приложении мы предоставляем дополнительную информацию о дополнительных физических и морфологических свойствах печатных металлических конструкций TIN-LIFT.

Третий пример демонстрирует, как трехмерные структуры из смешанного материала могут быть напечатаны методом TIN-LIFT. На самом деле, с помощью этого метода можно напечатать большое количество твердых тел при условии, что параметры печати будут правильно выбраны в соответствии с уравнением 1. В Рис. 7 мы демонстрируем биметаллический объект, состоящий из медной пластины (370 × 370 × 15 мкм) и золотого гребня, напечатанного сверху. Ширина гребешка составляет 25 мкм, а высота - 15 мкм. Золотые капли были напечатаны из слоя донора золота толщиной 700 нм. Отметим, что для изготовления такой конструкции с использованием традиционных методов IC потребуется большое количество технологических этапов в опасной среде. ПОДЪЕМНАЯ печать различных металлов обычно требует довольно похожего набора параметров. В нашей лаборатории мы уже напечатали алюминий, золото, серебро и различные медные сплавы, и мы обнаружили, что все ведут себя по одному и тому же критерию TIN-LIFT.

Рисунок 7: Многослойный печатный объект TIN-LIFT, напечатанный на кальцинированной соде, покрытой тонким слоем золота 100 нм.Рисунок 7: Многослойный печатный объект TIN-LIFT, напечатанный на кальцинированной соде, покрытой тонким слоем золота 100 нм

Внизу медная плита (370 × 370 × 15 мкм), а сверху золотая расческа (золотые пальцы шириной 25 мкм и толщиной 15 мкм). ( a ) изображение с оптического микроскопа, ( b ) изображение SEM (вид сверху), ( c ) изображение SEM (увеличение масштаба на пальцах), ( e ) изображение топографии 3D оптического микроскопа, ( f ) изображение SEM при наклоне 45 ° ( g ) карта атомного состава EDS.

Это можно наблюдать из Рис. 7 (с, е) что отпечатанные золотые следы имеют более пористую структуру, чем медная базовая плита. Это связано с тем, что мы использовали одинаковые условия, одинаковые параметры лазерного импульса и толщину слоя для обоих металлов, хотя плотность золота намного выше и потребовала бы настройки условий печати для получения оптимальных результатов. Эти результаты иллюстрируют другое преимущество метода TIN, а именно то, что можно контролировать пористость печатного материала, изменяя перекрытие между каплями, а также их объем и скорость струйной печати, используя соответствующие рецепты печати. Например, возможно даже напечатать 3D-объект с анизотропной плотностью. Способность проектировать свойства материалов во всех трех измерениях в масштабе вокселей (одна капля) является высшим приоритетом исследований в области материаловедения. 42 , 43 ,

Таким образом, мы показали, что существует режим печати LIFT, который обеспечивает стабильную струю капель металла фемто-подстилки из большого зазора между донорным слоем и подложкой приемника. Это позволяет более широко использовать технологию печати LIFT, в том числе при 3D-печати материалов и в целом функциональной цифровой печати с высоким разрешением. Такая устойчивая струя возникает в результате динамически сформированного квази-сопла в металлическом слое в результате хорошо настроенного процесса теплообмена. Мы назвали это методом «TIN» в ЛИФТ-печати. Мы продемонстрировали режим TIN с использованием лазерных импульсов субнаносекундной длительности и металлических донорных слоев толщиной <1 мкм в соответствии с теоретическим прогнозом, который мы представили. Явное преимущество заключается в создании металлических конструкций путем распыления микрокапель расплавленного металла, поскольку, в отличие от, например, дозирования или струйной печати, сверхбыстрые скорости затвердевания гарантируют, что проблемы, связанные с смачиванием при посадке, пренебрежимо малы. Это позволяет печатать структуры с высоким разрешением и сверхвысоким соотношением сторон, а также локально настраивать плотность печатного материала. Другим важным преимуществом является довольно большое разнообразие материалов для печати, металлов и диэлектриков, совместимых с этим методом печати. Это происходит главным образом из-за простоты подготовки донора и общности процесса струйной обработки. Это резко контрастирует с ограниченным выбором материалов, когда речь идет о печатных металлических чернилах / пастах. Режим TIN-LIFT позволяет изготавливать многокомпонентные композитные структуры на уровне вокселей / капель. Авторы считают, что именно эта способность метода откроет путь к изготовлению новых современных материалов и метаматериалов.