Новый метод управления светом позволяет печатать нанообъекты из любых материалов
Суть метода, изобретенного специалистами из Института интеллектуальных систем Общества Макса Планка и Национального университета Сингапура, заключается в управлении оптофлюидным взаимодействием — светом, который направляет поток жидкости с микрочастицами. Фемтосекундный лазер нагревает крошечную точку внутри жидкости, где равномерно распределены мельчайшие частицы выбранного материала. Возникающий из-за перепада температур локальный поток жидкости «направляет» частицы в нужное место, подобно пылесосу. Этот процесс происходит внутри предварительно изготовленной полимерной микроскопической формы с небольшим отверстием сбоку.
Как объяснил Чжан Минчао, соавтор исследования, суть инновации — «прецизионное управление оптофлюидными взаимодействиями, направляющее 3D-сборку различных микро- или наночастиц в ограниченном трехмерном пространстве».
После того как частицы собраны внутри формы, полимерный шаблон удаляется. Остается свободно стоящая структура, полностью состоящая из нужного материала и сохраняющая заданную форму и размер.
В ходе демонстрации возможностей метода команда создала несколько миниатюрных устройств, https://www.eurekalert.org/news-releases/1114378 EurekAlert. В частности, микроклапаны, способные сортировать частицы по размеру в каналах толщиной с волос, или микророботы, состоящие из нескольких материалов, которые могут двигаться разными способами — под действием света или внешнего магнитного поля. Все структуры обладают механической стабильностью: частицы удерживаются вместе силами Ван-дер-Ваальса, без химических связей.
«Оптофлюидная сборка преодолевает материальные ограничения традиционной двухфотонной полимеризации, — сказал Метин Ситти, руководитель исследования. — Наша новая технология позволяет формировать крошечные 3D-объекты практически из любого материала. Это открывает новые горизонты для создания многофункциональных микророботов, микроразмерных технологий и многих других устройств, которые сегодня еще кажутся научной фантастикой».
Команда ученых из США обнаружила, что при экстремально высоких скоростях деформации металлы с более мелкими зернами, или микроскопическими кристаллитами, становятся мягче, а не тверже. Этот вывод противоречит классическому закону Холла — Петча, который на протяжении 70 лет учил, что уменьшение размера зерна всегда делает металл прочнее.