Hacer estructuras sobre materiales 2D con una impresora 3D

Aug 12, 2023

En la búsqueda de aprovechar las propiedades excepcionales del grafeno y otros materiales 2D, los investigadores del Graphene Flagship Associated Member KTH Royal Institute of Technology (Suecia) y el Graphene Flagship Partner la Universidad de la Bundeswehr Munich (Alemania) y el Centro de Investigación SENS unieron fuerzas para estructurar Materiales 2D mediante escritura directa con el láser incorporado de una impresora 3D comercial de dos fotones. Publicada en ACS Nano, la técnica funcionó con diseleniuro de platino, disulfuro de molibdeno y grafeno cultivados o transferidos a cubreobjetos de vidrio de borosilicato.

Los métodos tradicionales, como la litografía óptica y la litografía por interferencia láser, requieren recubrir el material 2D con una máscara protectora resistente, permitiendo que solo áreas específicas del material 2D queden expuestas durante el grabado. Sin embargo, el proceso de recubrimiento, revelado y eliminación del fotoprotector puede dañar el material 2D.

La técnica presentada en el estudio no requiere capa de enmascaramiento, evitando así contaminar y dañar el sustrato. Para estructurar los materiales 2D, los investigadores utilizaron un objetivo de inmersión en aceite y un sustrato transparente. El equipo pudo generar nanoagujeros (≥100 nm de diámetro) en un área de 200 μm × 200 μm en tan solo unos segundos.

El trabajo es particularmente interesante porque permite a los actores científicos e industriales sin acceso a instalaciones de microfabricación estándar explorar nuevos conceptos y dispositivos basados ​​en materiales 2D. Dado que las impresoras 3D de dos fotones son cada vez más baratas y más comunes en los laboratorios y empresas de investigación, este método se puede utilizar para crear prototipos y fabricar rápidamente nuevos dispositivos 2D basados ​​en materiales en diversos campos de investigación.

"Proporcionar una forma de trabajar con materiales 2D fuera de las salas blancas reduce el listón para participar en este apasionante campo de investigación", afirma Alessandro Enrico, uno de los autores principales del estudio, que solía trabajar en la División de Micro y Nanosistemas (MST). en KTH y recientemente transferido a la Universidad de Pavía en Italia. “Este enfoque tiene otras ventajas sobre los procesos litográficos convencionales: el material no se daña ni se contamina mediante múltiples pasos de recubrimiento y enjuague con solvente. La ausencia de productos químicos también significa un enfoque más respetuoso con el medio ambiente para la investigación y producción de materiales 2D”, añade el investigador.

Nanopatrones de materiales 2D utilizando una impresora 3D de dos fotones. (a) Esquema 3D del enfoque de escritura láser. El material 2D se cultiva o se transfiere en la parte frontal de un cubreobjetos de vidrio delgado. (b), (c) y (d) presentan matrices de nanoagujeros en diseleniuro de platino (PtSe2), disulfuro de molibdeno (MoS2) y grafeno, respectivamente. Barra de escala, 1 μm para PtSe2, 500 nm para MoS2 y 300 nm para grafeno.

El siguiente paso es investigar la compatibilidad de este método con membranas de material 2D suspendidas y reemplazar el sustrato de vidrio por otros funcionales.

Este proyecto se realizó dentro del Graphene Flagship y el Graphene Flagship Partnering Project FLAG-ERA JTC 2019 2D-NEMS, que está afiliado al Sensors Work Package del Graphene Flagship.

Referencia

Enrico, Alessandro, et al. "Nanopatrones ultrarrápidos y sin resistencia de materiales 2D mediante irradiación láser de femtosegundo". ACS nano 17.9 (2023): 8041-8052. https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.2c09501

Redactor científico y coordinador de la iniciativa 'Diversidad en Grafeno'.

Redactor científico y coordinador de la iniciativa 'Diversidad en Grafeno'.