Розділ 8.3: Нанофабрикація: літографія, самозбірка та 3D-друк

Нанофабрикація відноситься до процесу проектування, виробництва та обробки матеріалів на нанорозмірному рівні. Він передбачає використання таких методів, як літографія, самозбірка та 3D-друк для створення наноструктур і пристроїв з унікальними властивостями та функціями.

Історію нанофабрикації можна віднести до початку 1950-х років, коли дослідники почали розробляти методи електронної мікроскопії, які могли візуалізувати об’єкти на нанорозмірному рівні. У 1960-х роках дослідники почали досліджувати способи створення наноструктур за допомогою методів літографії, які спочатку були розроблені для мікроелектроніки.

Літографія передбачає використання світлових або електронних променів для вибіркового видалення або нанесення матеріалів на підкладку. На початку нанофабрикації дослідники використовували оптичну літографію, яка використовує світло для перенесення візерунка на світлочутливий матеріал, званий резистом. Цей резист потім розвивається для створення малюнка на підкладці. Однак оптична літографія має обмеження щодо роздільної здатності та точності, тому дослідники розробили інші форми літографії, такі як електронно-променева літографія (EBL) і рентгенівська літографія.

EBL використовує сфокусований пучок електронів для створення візерунків на підкладці з високою роздільною здатністю та точністю. Його часто використовують для створення нанорозмірних пристроїв і структур для використання в електроніці, оптиці та біотехнологіях. Рентгенівська літографія використовує рентгенівські промені замість світла чи електронів для створення візерунків на підкладці. Він може досягти навіть вищої роздільної здатності, ніж EBL, але він також дорожчий і складніший у використанні.

У 1980-х роках дослідники почали досліджувати методи самостійного збирання для нанофабрикацій. Самозбірка передбачає спонтанну організацію молекул або частинок у впорядковані структури без зовнішнього втручання. Цей підхід дозволяє створювати складні структури з точними розмірами та розташуванням, і він використовується в широкому діапазоні застосувань, таких як доставка ліків і тканинна інженерія.

3D-друк, або адитивне виробництво, — це нова техніка нанофабрикації, яка дозволяє створювати складні 3D-структури шар за шаром. Його перевага полягає в тому, що він здатний створювати індивідуальні та складні конструкції з широкого діапазону матеріалів, включаючи полімери, метали та кераміку. Він використовується в широкому діапазоні застосувань, таких як аерокосмічна промисловість, медичні імплантати та споживчі товари.

Загалом, нанофабрикація зробила революцію в галузі матеріалознавства, дозволивши створювати нові матеріали та пристрої з безпрецедентними властивостями та функціями. Розробка нових наноматеріалів і методів нанофабрикації продовжує розширювати межі можливого і дає великі надії на майбутнє.