IBM研究员与苏黎世瑞士联邦理工大学科学家联合开发出纳米“打印”技术

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IBM科学家开发出一种新的纳米打印技术，他们相信该技术将促使超微芯片、光学和生物传感器领域取得突破。作为示范，IBM打印了一张罗伯特弗鲁德在17世纪创作的太阳图(炼金术士的黄金图腾)，图片中精确地放置了2万颗黄金粒子，每颗直径约为60纳米。这种打印方法可以用于放置直径为两纳米的粒子以大规模制造原子级的纳米线、超微型光学镜头和医疗用生物传感器。


纳米电子

　　IBM研究员与苏黎世瑞士联邦理工大学科学家共同示范了一种精确高效的新型纳米级印刷技术。这种打印方法允许科学家按照他们的意图精确地放置单个粒子，它将推动纳米级生物传感器和超微型光学镜头(这种镜头可以使光在未来的光学芯片内部发生弯曲)的发展以及纳米线(未来计算机芯片的基础)的制造。
　　这项新技术不需要依赖重大新发明，有望在实验室以外的现实世界中得到运用，尽管它距离广泛应用还有几年的时间。它将导致芯片和其它设备内部的高容量纳米结构制造技术的产生。与今天的方法相比，这种技术不仅更加有效，而且成本低廉。
　　传统的印刷技术，即照相凹版印刷技术，是把图像蚀刻在金属板的表面，再在蚀刻区填满墨水，然后把金属板卷在一个圆柱体上，通过圆柱体的旋转使图像印在纸或其它材料上。这种方法只能印刷一万纳米以上的墨点，由于墨点过大，无法用于印制电子器件。IBM的创新型纳米打印技术运用了自装配过程，可以控制微纳米粒子的排列。在这张图片中，共排列了20000个金色粒子，每个直径60纳米。
　　科学家让黄金纳米粒子扫过材料的表面，液体内的对流张力把黄金纳米粒子压入了材料表面里的凹缝中，从而形成了具有明确几何形态的纳米结构。IBM科学家相信这种方法可以放置直径为2纳米的粒子以制造原子级的纳米线、超微型光学镜头和医疗用生物传感器，从而实现低本高效的大规模生产。
　　IBM苏黎士实验室纳米图案研究员海科沃尔夫解释称：这种方法开辟出了新的途径，可以精确和有效地在不同的表面上放置不同类型的纳米粒子，这也是利用纳米粒子独特属性和实现经济可行性的先决条件。
　　这项成果已经发表在2007年9月份的《[[自然-纳米科技]]》杂志上，它提供了一种有前途的和强大的新工具，可以广泛用于不同的行业和领域，比如生物医学、电子学和IT业，而这些行业和领域正在寻求有效利用纳米粒子(100纳米以下的粒子被定义为纳米粒子)独特属性的途径。
　　迄今为止，标准和严密的微制造技术是通过有效地雕刻微材料来制造纳米粒子。而打印技术是把现成的纳米粒子以非常有效的方式印制在材料表面上，允许一次性打印不同的材料，比如金属、聚合体、半导体和氧化物。
　　首先，科研人员用60纳米的粒子(比人的红细胞小100倍)来打印纳米图案，这些图案包括简单的线条甚至复杂的排列，其分辨率达到了单一粒子的程度。如果用传统的每英寸点数(dpi)来解释这些粒子的分辨率，纳米打印技术相当于每英寸产生10万个打印点，而普通的橡皮版印刷术目前只能以每英寸1500 个打印点的分辨率工作。
　　为了展示其方法的有效性和多功能性，科研人员打印了一张罗伯特弗鲁德在17世纪创作的太阳图(炼金术士的黄金图腾)。这种打印方法在每个点上精确地放置了一个粒子，从而首次用单色素粒子打印出了最小巧的艺术作品。
　　纳米打印的应用
　　在生物医学中，这种打印技术将用于打印生物功能微型球体的大阵列，这些微型球体可以探测和识别人体内特定的细胞或生物标志。一个微型球可以迅速扫描癌细胞或心脏病发作标志。作为新的定点检测诊断设备，功能性微型球体的常规阵列仅需要很少量的样本就可以激活快速和自动读取功能。
　　纳米粒子还可以与光发生相互作用。利用新的方法，可以打印具有新属性的光学材料，比如，用于光电子设备的光学材料。纳米打印可以创造出可调谐元材料 (Metamaterial)，这种材料中的打印结构的大小与光的波长相当，因此它们的表现如同一个具有特异属性的单一镜头。
　　此外，这种方法还有望打印半导体。在一次实验中，科研人员成功放置了用于培植半导体纳米线的催化型种子粒子。这种纳米线有望成为未来微芯片晶体管的候选材料。
　　纳米级打印
　　苏黎士纳米图案研究小组的托拜厄斯克劳斯解释称：在传统的照相凹版印刷术中，需要使用刮墨刀来弥补印刷板的凹陷墨点，这样一来色素粒子会很容易被驱散。在我们的高分辨率印刷术中，定向式自装配程序控制着印刷板或模板上的纳米粒子的排列。整个组件被打印在目标表面上，因此粒子的位置被精确地保留下来，其分辨率比传统的印刷术高三个数量级。
　　科研人员考察了多种印刷模板几何学，其中包括产生密实型纳米粒子线的线性几何学(可用于分子电子学)；作为纳米线培育种子的黄金粒子的规则排列和任意排列 (比如印制的太阳图复制品)。测量大面积区域上的排列偏差所用的远程精度与微接触印刷术很相似。下一步将更好地完善这种方法从而实现更高的精确度，这也是微电子设备的大规模整合以及打印更小粒子被必需的。