Laser umożliwi produkcję nowych elementów metalowo-silikonowych

Laser umożliwi produkcję nowych elementów metalowo-silikonowych

Po raz pierwszy naukowcy wykorzystali jednoetapową, opartą na laserze metodę do produkcji małych, precyzyjnych hybrydowych mikrostruktur srebra i elastycznego silikonu. Ta innowacyjna technologia przetwarzania laserowego może pewnego dnia umożliwić masową produkcję niestandardowych urządzeń łączących miękkie materiały, takie jak sztuczne tkanki z twardymi materiałami.

Metalowy składnik mikrostruktur czyni je elektrycznie przewodzącymi, a silikon zapewnia elastyczność. Ta unikalna kombinacja właściwości sprawia, że struktury są wrażliwe na siłę mechaniczną i mogą być przydatne do tworzenia nowych typów urządzeń optycznych i elektrycznych.

"Tego typu mikrostruktury można by prawdopodobnie wykorzystać do pomiaru bardzo małych ruchów lub zmian, takich jak delikatny ruch z ciała owada lub subtelna ekspresja wytwarzana przez ludzki mięsień twarzy" - powiedział lider zespołu badawczego Mitsuhiro Terakawa z Uniwersytetu Keio w Japonii. "Te informacje mogłyby posłużyć do stworzenia doskonałych, generowanych komputerowo wersji tych ruchów."

Naukowcy wyprodukowali przypominające drut struktury srebra otoczone rodzajem silikonu znanego jako polidimetylosiloksan (PDMS). Wykorzystali go, ponieważ jest elastyczny i biokompatybilny, co oznacza, że można go bezpiecznie stosować w ciele. Wykonali konstrukcje o szerokości zaledwie 25 mikronów, napromieniowując mieszaninę PDMS i jonów srebra wyjątkowo krótkimi impulsami laserowymi.

Przekształcenie dwóch procesów laserowych w jeden

Jednoetapowy sposób wytwarzania zastosowany w mikrostrukturach hybrydowych łączy oparte na świetle reakcje chemiczne znane jako fotopolimeryzacja i fotoredukcja, które zostały wywołane za pomocą femtosekundowych impulsów laserowych. Fotopolimeryzacja wykorzystuje światło do utwardzania polimeru, a fotoredukcja do tworzenia mikrostruktur i nanostruktur z jonów metali.

Aby stworzyć mikrostruktury drutu, badacze napromieniowali mieszaninę srebra i PDMS światłem emitowanym z femtosekundowego lasera o długości fali 522 nm, która skutecznie współdziała z mieszaniną materiałów. Starannie dobrano również jony srebra, które dobrze łączą się z tym rodzajem silikonu.

Naukowcy odkryli, że już jedno skanowanie laserowe uformowało druty, które wykazują zarówno przewodność elektryczną metalu, jak i sprężystość polimeru. Dodatkowe skany można wykorzystać do wytworzenia grubszych i bardziej jednolitych struktur. Pokazali również, że struktury drutu reagują na siłę mechaniczną, wdmuchując powietrze nad strukturami, aby wytworzyć ciśnienie 3 kPa.

Naukowcy twierdzą, że poza tworzeniem struktur drutowych, podejście to można wykorzystać do tworzenia małych struktur metalowo-silikonowych 3D. Kolejnym krokiem jest zbadanie, czy druty gotowe zachowują swoją strukturę i właściwości w czasie. "Nasza praca pokazuje, że jednoczesne wywoływanie fotoredukcji i fotopolimeryzacji jest obiecującą metodą wytwarzania elastycznych i elektrycznie przewodzących mikrostruktur" - powiedział Terakawa. "To kolejny krok do osiągnięcia celu, jakim jest stworzenie inteligentnej fabryki do produkcji wielu urządzeń kompatybilnych z ludźmi w jednej linii produkcyjnej, bez względu na to, czy materiały są miękkie czy twarde."

(KB)