Khoa học kỹ thuật và công nghệ

In 3D cấu trúc kim loại nano (15/03/2018)

Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ California đã tạo nên các cấu trúc kim loại nano tinh xảo bằng máy in 3D. Công nghệ này có triển vọng cho nhiều ứng dụng thương mại.

Hình ảnh minh họa

Các đồ vật được in bằng kỹ thuật 3D nhờ sử dụng phương pháp chế tạo bổ sung, đó là lắng đọng vật liệu theo lớp. Công nghệ tạo thành các cấu trúc bên dưới độc đáo không thể có được nếu áp dụng những phương pháp chế tạo phổ biến như khắc hoặc khía.

Nhóm nghiên cứu đã in thành công các cấu trúc nano độc đáo từ polymer, gốm và những vật liệu khác, nhưng việc in 3D kim loại tỏ ra khó khăn. Khi in 3D các cấu trúc polymer, laser chính xác chỉ sử dụng một cặp proton để làm cứng polymer hóa lỏng. Tuy nhiên, để nấu chảy kim loại, cần có nhiều năng lượng.

Julia Greer, nhà khoa học vật liệu và là đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: “Kim loại không phản ứng với ánh sáng theo cách giống như nhựa polymer mà chúng tôi sử dụng để tạo nên các cấu trúc ở cấp độ nano. Một phản ứng hóa học diễn ra khi ánh sáng tương tác với polymer, làm cho polymer cứng lại và sau đó tạo thành hình dạng cụ thể. Ở kim loại, quy trình này về cơ bản là không thể thực hiện”. 

Andrey Vyatskikh, nghiên cứu sinh tại phòng thí nghiệm của ông Greer, đã đưa ra một phương pháp thay thế, đó là sử dụng các phối tử hữu cơ để tạo nên nhựa giàu kim loại. Các phối tử hữu cơ liên kết tự nhiên với kim loại. Nhựa hoạt động như polymer, nhưng có thể chứa các mảnh kim loại nhỏ.

Trong phòng thí nghiệm, nhóm nghiên cứu đã chế tạo nhựa từ kim loại và phối tử hữu cơ. Nhựa được sử dụng giống như polymer thường, được bắn laser để cứng lại thành loại nhựa theo yêu cầu. Với mỗi lần bắn, các liên kết hóa học giữa những phân tử hữu cơ lại được tăng cường. Vì các phối tử hữu cơ đã liên kết với kim loại, nên niken được kết hợp vào vật liệu mới làm cứng.

Khi in, các nhà khoa học đặt giá polymer chứa nhiều kim loại vào lò chân không và làm nóng ở mức 1.000^oC, nhiệt độ đủ nóng để làm bay hơi các phân tử hữu cơ, nhưng không đủ để làm tan chảy niken. Thông qua quy trình nhiệt phân, nhiệt làm chắc liên kết giữa các phân tử kim loại. Dù vật liệu co lại, nhưng sự sắp xếp của cấu trúc nano của giá polymer vẫn được duy trì.

Nhóm nghiên cứu tin rằng công nghệ mới sẽ được ứng dụng không chỉ để chế tạo linh kiện cho chíp máy tính hoặc thiết bị trọng lượng nhẹ cho ngành hàng không, mà còn cho ra đời các loại khung hữu cơ kim loại mới, vật liệu độc đáo có diện tích bề mặt bên trọng mở rộng. Trong các nghiên cứu tương lai, các nhà khoa học hy vọng sẽ thử nghiệm những kim loại khác và đo lường tạp chất sinh ra từ quá trình nhiệt phân.

Nguồn: N.P.D (NASATI),

Cập nhật: 02/3/2018