Энергия сфокусированного лазерного света позволяет преодолеть адгезионные силы на микроскопическом уровне - «Наука и технологии»

Крошечные объекты имеют тенденцию прилипать ко всему, с чем они соприкасаются. Именно поэтому родители стараются избегать использования их детьми хлопушек, внутрь которых заправлены маленькие конфетти, а крошечные блестки, используемые в качестве украшения, можно найти после их использования везде где угодно. И если на бытовом уровне все подобные проблемы решаются достаточно просто при помощи тряпки и пылесоса, то прилипание крошечных объектов становится серьезной проблемой в области бурно развивающегося нанопроизводства. Крошечные детали и элементы, используемые при изготовлении наноустройств и электронных схем, так и норовят прилипнуть к поверхности там, где этого совсем ненужно. И помочь в этом деле может достаточно простой инструмент - сфокусированный луч лазерного света.

Для того, что бы вникнуть в проблему и предложенный метод ее решения, необходимо пояснить, почему маленькие объекты имеют свойство прилипать к поверхностям, соприкасаясь с ними. Когда вы своей рукой берете что-либо тяжелое, к примеру, стакан с водой, вы должны приложить достаточное усилие, чтобы возникающие адгезионные силы, силы сцепления поверхности кожи руки и поверхности материала стакана, превзошли силу гравитации, которая тянет стакан вниз. В принципе, тоже самое происходит и при контакте крошечной частички блестки с поверхностью кожи, однако, возникающие при этом силы поверхностного натяжения и силы электростатического характера намного превосходят силы гравитации, действующие на почти невесомую частичку блестящего материала. И эти силы надежно удерживают блестку на поверхности кожи без каких-либо дополнительных уловок.

"Крошечные объекты имеют очень высокое соотношение их площади к их весу" - рассказывает Плацид Феррейра (Placid Ferreira), ученый из университета Иллинойса (University of Illinois at Urbana-Champaign), - "Как известно, силы прилипания напрямую зависят от площади соприкосновения. В микроскопическом масштабе силам прилипания не противостоят никакие другие силы и оторвать от поверхности крошечный объект часто бывает весьма затруднительно".

В современном нанопроизводстве широко используется так называемый метод печати прямым переносом (transfer printing). Эта технология весьма напоминает печать штемпелем, на поверхность которого предварительно наносится краска, оставляющая при контакте след на бумаге. Но в нанопроизводстве используются "чернила" из частиц, имеющих определенные электрические свойства, в большинстве случаев - на основе полупроводникового кремния. При печати таким способом на поверхности формируются наноструктуры, которые являются элементами наносхем или частями наномеханизмов.

Основную роль в таком методе нанопроизводства играют адгезионные силы, которые заставляют наночастицы материала остаться на поверхности после контакта с поверхностью штампа и при помощи которых наноструктуры приобретают необходимые формы путем самосборки. Однако, точности проведения подобных процедур мешают все те же адгезионные силы, возникающие между наночастицами и поверхностью штампа, которые удерживают наночастицы и нарушают всю технологию печати.

Решением вышеописанной проблемы стал метод, предложенной группой Феррейры. В нем используется свет лазера, луч которого сфокусирован до размера, сопоставимого с размером создаваемой наноструктуры, что позволяет нацелить его на область воздействия с необходимой для этого точностью. Энергия лазерного света, импульсы которого имеют ряд строго определенных параметров, воздействует на наночастицы, прилипшие к поверхности штампа, заставляет их оторваться от поверхности штампа и прилипнуть к поверхности материала строго в том месте, куда они и были должны попасть.

Такой процесс контактной печати, управляемый при помощи лазера, позволит не только увеличить качество и точность нанопечати, он позволит реализовать абсолютно новые технологические процессы и использовать ряд материалов, которые не могли перейти с поверхности штамма на поверхность подложки самостоятельно. Дальнейшее развитие этого метода, согласно заявлению Феррейры, позволит оптимизировать энергетические потери лазерного света, что, в свою очередь, позволит использовать для печати более хрупкие материалы или печатать с более высокой скоростью.