Vilniaus universiteto (VU) Fizikos bei Chemijos ir geomokslų fakultetų mokslininkai kartu su lazerinių technologijų įmone UAB „Femtika“ ištobulino stiklo keramikos nanolitografijos metodą, paremtą tiesioginiu lazeriniu rašymu ir jo derinimu su kalcinacija kaitinant medžiagą itin aukštoje temperatūroje.
Mokslininkams pavyko sujungti optinio 3D spausdinimo lankstumą ir terminio keramikos apdirbimo technologiją. Šis pasiekimas leidžia lazerinio 3D spausdinimo būdu formuoti tiek laisvos formos, tiek apibrėžtos geometrinės formos objektus, porėtus ir pilnavidurius mikro- ir nanodarinius. Objektų matmenų tikslumas gali siekti mažiau nei 100 nanometrų – minimalus taškinio elemento vokselio (erdvinis plokštuminio pikselio atitikmuo) dydis yra 100 kartų mažesnis už ląstelę.
Nors pasaulio mokslininkams pavyksta mažinti mikroobjektų matmenis kaitinimo būdu, tačiau iki šiol medžiagos faziniai virsmai nuodugniai tirti nebuvo. VU mokslininkai atskleidė, kad kaitinant hibridinį polimerą aukštesnėje nei 1000 °C laipsnių temperatūroje, jo organinė dalis išgaruoja, o likusi neorganinė dalis virsta iš stikliškos (amorfinės) į kristalinę.
Naudodami fotopolimerą SZ2080, mokslininkai atspausdino apie 50 kartų už aguonos grūdelį mažesnį Vytį – 100 000 kartų sumažintą prie Kauno pilies stovinčios Vyčio skulptūros (skulptoriai Borysas Krylovas, Arūnas Sakalauskas, Olesius Sydorukas) kopiją. Mokslininkai taip ne tik pademonstravo laisvos formos geometrijos spausdinimo galimybes, bet ir pažymėjo Lietuvos šimtmetį. Termiškai apdoroję fotopolimerą tyrėjai išgavo gamtoje randamą kristalą – kristabolitą ir nustatė, kad 3D objektai susitraukia iki 60 % savo pradinių matmenų, tačiau išlaiko savo pirminę geometriją – Vyčio skulptūra susitraukė, bet išlaikė savo pradinę formą.
Tai atveria naujas technologines galimybes gaminti aplinkos temperatūrai, radiacijai bei cheminiam poveikiui atsparius, ypač patvarius, ilgaamžius funkcinius mikromechaninius ir nanofotoninius 3D darinius. Juos būtų galima naudoti atvirame kosmose, jutiklių gamybai, biomedicinoje ir inžineriniuose moksluose. Tyrimo rezultatai publikuoti prestižiniame „Royal Chemical Society“ žurnale „Nanoscale Horizons“ ir kitąmet bus pristatomi „CLEO Europe“ tarptautinėje mokslinėje konferencijoje Miunchene. Naujienų portale 3Dprint.com publikuotas mokslo populiarinimo straipsnis anglų kalba.
Pramonėje plačiai naudojamos itin atsparios kristalinės medžiagos, tokios kaip safyras, yra sunkiai apdirbamos ir nesuteikia galimybės gaminti tikslius sudėtingos geometrijos funkcinius objektus. Dėl to jos naudojamos tik kaip tūriniai dariniai arba plokšti padėklai. Kita vertus, elektronų pluošto ir lazerinės litografijos būdais galima suformuoti sudėtingos mikroarchitektūros objektus, tačiau šias technologijas riboja apdirbamų medžiagų spektras. VU mokslininkai, pasinaudodami sėkmingai išplėtotais būdais, sujungė jų privalumus ir atvėrė lazerių technologijoms konceptualiai naują taikymų kryptį.
Įmonė „Femtika“ ir toliau tobulins šią technologiją, kad būtų galima pradėti ją taikyti industrijoje, ir jau derina bendrų bandomųjų tyrimų planus su pasaulio 3D nanotechnologijų pramonės lyderiais. „Galimybė spausdinti kristalines medžiagas tarsi fotopolimerus – alchemija lazerinėje 3D litografijoje. Tiesiog parenkant pradinius kompozicinės medžiagos ingredientus ir lazeriu iš jų suformavus norimą darinį, belieka gerai jį iškepti ir jis virs norimu kristalu, bet išlaikys pirminę geometriją“, – apie precizinio 3D spausdinimo proveržį pasakoja dr. Mangirdas Malinauskas.
VU inf.