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革命性的纳米制造3D打印机NanoOPS现身_0

未知 2019-06-07 14:04

  不难发现,3D打印技术和3D打印对象的市场正在稳步扩大。但是在这个蓬勃兴起的领域,还有一块一直未能达到人们的期望,那就是纳米制造领域,更具体点说,就是增材制造微电子产品。不过本星期从美国Northeastern大学传来消息,该校的科学家们开发出了一款NanoOPS3D打印机,可能在这方面造成突破性影响。

  Northeastern大学的高速纳米制造中心(CHN)长期以来一直在研究纳米技术。如今他们展示了其体型巨大、几乎充满整个房间的纳米级柯式打印系统(NanoscaleOffsetPrintingSystem),或简称NanoOPS。这个巨大的六边形机约有7英尺宽,在它的中心固定着一个机械臂,用以转移模板和产品。

  CHN的团队称,这套全自动的原型系统使用了全新的纳米打印技术。该系统可以使产品充分利用纳米材料的独特性能优势。在几分钟内,该系统就能在柔性或硬质基板上使用导电、半导电或绝缘性的纳米材料(有机或无机)3D打印出纳米结构和电路(最低可达25纳米)上的柔性或硬质基板。这些基板尺寸最大可达8英寸宽。

  NanoOPS的工作原理是这样的:与常见的挤出式3D打印机逐层堆积树脂或塑料不同,纳米3D打印机一开始就会在产品的模具或模板上打印。需要打印的计算机芯片或另一块电子器件会浸入含有微小纳米粒子的溶液。系统会向溶液加入电脉冲,以引导纳米粒子附着在产品上,精确控制粒子数量以形成指定的任何形状。使用这种方法,铜纳米颗粒可以制成有史以来最小、最精确的形状。

  尤为值得称道的是,这一革命性的NanoOPS系统的运行、生产成本也远低于普通的纳米制造设备,使之具备了快速商业化的广阔前景。

  潜在的市场是巨大的:智能手机、平板电脑、相机等对微电子的需求比以往任何时候都高。但是据了解,由于这些微小的电子器件都是使用昂贵的硅基制造工艺生产的,市场价格一直居高不下。此外由于依赖喷墨技术,它的生产速度相对缓慢,而且制造出来的产品只能到微米级,而非人们理想中的纳米级。

  一份来自Northeastern大学的报告称,一座微电子制造工厂往往要花费数十亿美元,并且需要大量的水和电资源支持。此外,目前生产纳米级设备几乎都没有利用到纳米材料,比如纳米管、量子点(quantumdots)和纳米颗粒,的独特性能和属性。3D打印则提供了一种独特的方法来制造包含了纳米材料的制造设备和产品。

  开发人员希望NanoOPS能够改变纳米制造和纳米技术的应用现状,而且由于在不危及工人或破坏生态环境的前提下大大降低了纳米器件制造的高成本门槛,必将刺激相应的创新更多的出现。NanoOPS可以用来制造新的、更实惠的电子产品、药品,更强、更轻、更智能的复合材料,或更快、更便宜的能源采集和存储设备。

  因此,这一技术将对各种工业领域产生革命性的影响。CHN的主任AhmedBusnaina说,比如电子器件,iPhone手机的生产成本在理论上可以降低至10美元。同时医学界也将大大受益。药物可以制成纳米颗粒直接通过皮肤吸收,而不用注射到血管里。

  纳米技术能真正改变制造。而且这并不遥远。不过,要等到可商用的纳米制造3D打印机上市还需要许多工作。Busnaina教授则对此充满信心,他认为一或两年我们就能看到纳米打印的消费产品出现。虽然这可能并不意味着iPhone价格会大幅下跌,但他预期某些医疗方面的应用,如癌症检测传感器等指日可待。

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