Приставка «нано» постепенно утрачивает свою футуристичность. Недавно американские ученые из Университета Дьюка явили миру очередную разработку, которая, по выражению Science Daily, «самого Гуттенберга заставила бы раскрыть рот от удивления».
Приставка «нано» постепенно утрачивает свою футуристичность. Недавно американские ученые из Университета Дьюка явили миру очередную разработку, которая, по выражению Science Daily, «самого Гуттенберга заставила бы раскрыть рот от удивления».
В последние десятилетия прорывы в области высоких технологий (такие как появление Интернета, карманных ПК, электронной бумаги) зачастую провоцируют дебаты об отдаленном будущем печати, в которых подвергается сомнению жизнеспособность многих ее форм. В этом смысле печать электроники является чуть ли не самой многообещающей, с позволения сказать, полиграфической отраслью.
Фотолитография
Ветеран в области производства электронных схем – фотолитография (или оптическая) – по своей сути очень похожа на технологию трафаретной печати с использованием света вместо краски. Пучок лазерного излучения пропускается через теневую маску и фокусируется на светочувствительном материале (фоторезисте), которым покрыта кремниевая пластина, в результате чего на последней формируется рисунок схемы. Далее следуют операции проявления, гравирования травлением и осаждения.
Фотолитография, конечно, очень полезное и важное изобретение. Но она, будучи довольно дорогой, ограничена в выборе материалов и геометрических форм продукции, причем позволяет печатать только маленький по площади фрагмент в определенный момент времени, то есть для изготовления, скажем, компьютерного процессора или чипа памяти могут потребоваться десятки фотолитографических циклов. И, наконец, главный камень преткновения в век постоянной миниатюризации: размер изображений, наносимых фотолитографическим методом, ограничен дифракцией света. Правда, в начале 2006 г. IBM удалось создать линейные шаблоны с гранями шириной всего 29,9 нанометра (физическим пределом для технологий оптической литографии ранее считали 32 нм). Однако это не устраняет еще одной проблемы: фотолитография применима только для жестких кремниевых подложек, а гибкие и рельефные поверхности в качестве носителей не годятся, так как по ним не смогут равномерно распределяться световые лучи.
Возможно ли обойти все эти ограничения? Ответить на данный вопрос попыталась массачусетская компания Nano-Terra, представив так называемую Soft Lithography.
Мягкая литография
Под термином «мягкая литография» (встречаются и такие варианты названия, как нанолитография, микроконтактная печать, нанопечать) подразумевают ряд технологий, в основе которых лежит печать и литье с целью создания микро- и наноструктур.
В шаблон (изготовленный, например, с помощью той же оптической или электроннолучевой литографии) заливается эластомер, скажем, полиуретан или силикон, а затем он отверждается с помощью теплового или УФ-облучения и снимается. Форма, с точностью до нанометра повторяющая оригинальный шаблон, готова.
Благодаря гибкости, эластичности и минимальной липкости форм «мягкая литография» подходит для нанесения изображений на различные непластичные поверхности (металлы, керамику, оксиды) практически любых конфигурации и размеров. С помощью одного шаблона можно создавать от десятков до сотен форм, а каждая из них использоваться, в свою очередь, от десятков до сотни раз. Более того, такие формы сгодятся в качестве шаблона для изготовления себе подобных – это делает процесс весьма экономичным. Важно также отметить, что их длина и ширина, при параметрах элементов «узоров» от нанометров до миллиметров, могут достигать нескольких метров.
«Мягкая литография» применима в производстве электронных схем, оптических линз, фильтрующих мембран, теплоотводов и транзисторов. А в области органической химии с помощью этой технологии можно создавать самоорганизующиеся мономолекулярные слои, электреты, кристаллы, в том числе жидкие, протеины и другие биологические соединения (ДНК, антитела), слои живых клеток и т. д.
Как видим, диапазон потенциального использования «мягкой литографии» широк – только меняй «чернила». С помощью полимерной формы-штампа можно наносить как традиционные краски, так и вещества, обладающие специальными физическими и химическими характеристиками, такими как водонепроницаемость, межмолекулярное (?) натяжение (interfacial energy), электро- и теплопроводность, оптические свойства, прочность, жесткость и пр. А как недавно выяснилось, печатать можно и ферментами...
Биокаталитическая микроконтактная печать
Об этом заявила команда ученых из Университета Дьюка (Северная Каролина), возглавляемая Эриком Дж. Туном и Робертом Л. Кларком, опубликовав статью «Biocatalytic Microcontact Printing» в издании Американской химической ассоциации (Journal of Organic Chemistry) от 24 сентября 2007 г.
По словам изобретателей, с помощью современного способа нанопечати из-за диффузии «чернил» тяжело воспроизводить детали размером менее 100 нм (примерно в 400 раз тоньше человеческого волоса). Биокаталитическая микроконтактная печать (такое название получил новый метод) заключается в нанесении наноизображения с помощью ферментов, или энзимов, – белковых молекул, ускоряющих протекание химических реакций. Фермент буквально «выедает» предназначенный для нанесения изображения слой поверхности, не успевая расплыться по ней. В результате, как утверждают ученые, разрешение увеличивается примерно в 100 раз по сравнению с уже известными способами «мягкой литографии». Разработчики считают, что биокаталитическая микроконтактная печать поможет усовершенствовать методы производства сложных структур для микроприборов, биосенсоров и всяческих наноприспособлений.
Не без полиграфии
Но неужто все эти умопомрачительные «нанопечатные» разработки никак не скажутся на полиграфическом рынке, куда, собственно, уходят их корни? Нет, кое-что Nanoterra предложила и для него. «Мягкую литографию» в принципе можно использовать для защиты от подделок, печатая нечто вроде голограмм непосредственно на упаковке или на самом продукте – изогнутая поверхность не является препятствием (в то время как традиционные методы печати голограмм требуют ровной подложки).
Идея проиллюстрирована на примере металлических сфер (рис. ?), на которые с помощью деформируемой пластической формы нанесли узор в виде колец. Толщина их линий составляет от 50 до 100, а диаметр – около 500 нм. Соответственно, белый свет с длиной волны 400–800 нм, падая на поверхность такой сферы, разлагается в цветовой спектр – и в результате мы любуемся игрой радужных бликов.
Можно предположить, что «ферментная» новинка позволит заметно продвинуть разработки в этой области. И тогда не исключено, что в один прекрасный день на рынке появится печатная машина со встроенным модулем биокаталитической микроконтактной печати. А почему бы и нет?..
images/content/2008.03.26_TECH_Enzyme_small.jpg