12.02.2009

Учёные разработали метод нанолитья

Технология литья с применением экзотических материалов может изменить производство различных наноустройств — от элементов микросхем до биомедицинских датчиков. Новшество придумали и апробировали в ходе опытов Ян Шрирс (Jan Schroers) и его коллеги из Йельского университета.

Литьё и штамповка могли бы предоставить технологам недорогой и удобный способ изготовления широкого спектра деталей наномеханических или электронных устройств, в ряде случаев они могли бы заменить фотолитографию. Но есть одна проблема: при переходе к наномасштабу оказывается очень сложно обеспечить точную геометрию как готового изделия, так и литьевой формы (штампа).

К примеру, если в качестве материала формы используется кремний, «разрешение» её рисунка может быть высоким, но она сама оказывается недолговечной. Металл же, хотя и прочнее кремния, ограничивает «филигранность» желаемой детали размером своего кристаллического зерна.

Обе проблемы можно решить, если применять в качестве материала для инструмента металлическое стекло (любопытный аморфный материал, способный быть прочным, гибким и левитирующим). Оно обладает отменными механическими параметрами, и в то же время свободно от ограничений, накладываемых зёрнами металла обычного.

Шрирс и его коллеги проработали все тонкости такой технологии. Особенно они поломали головы над модификацией поверхности литьевой формы таким образом, чтобы силы межатомного взаимодействия сначала способствовали затеканию расплава в самые мелкие уголки, а потом — не мешали удалить отливку без её разрушения или нарушения геометрии. Ведь силы поверхностного натяжения и капиллярные силы в таком масштабе значат куда больше, нежели при литье макроскопических изделий.

В качестве материала для деталей авторы технологии предлагают использовать как полимеры, так и всё те же металлические стёкла (а именно сплавы, обладающие иной температурой плавления, нежели металлическое стекло литьевой формы).

Более того, исследователи показали возможность отливки детали из того же самого сплава, из которого выполнена сама форма.

(Подробности экспериментов можно найти в статье авторов разработки в Nature.)

Источники:

1. MEMBRANA