miércoles, 7 de julio de 2010

Litografia de Nano-Impresión

En diversos sitios del mundo, se desarrollan sensores, transistores y láser con la ayuda de nanotecnología. Estos aparatos apuntan hacía un futuro de electrónica y comunicadores ultra-rápidos, aunque todavía se carece de las técnicas adecuadas de fabricación de los hallazgos logrados en el laboratorio. Según Stephen Choue, ingeniero universitario de Princeton, "Ahora mismo todo el mundo habla de la nanotecnología, pero su comercialización depende de nuestra capacidad de fabricar". La solución podría ser un mecanismo algo más sofisiticado que la imprenta, según Choue. Simplemente a través de la impresión de una moldura dura dentro de una materia blanda, puede imprimir caracteres más pequeños que 10 nanometros. Esto parece sentar la base para nanofabricación.

Una técnica de impresión capaz de alcanzar detalles de sólo décimas de nanómetro está, por fin, a punto de salir del laboratorio. El nuevo sistema litografía por nanoimpresión rollo-a-rollo se podría utilizar para producir de forma barata y eficiente, además de en grandes cantidades, películas ópticas con patrones a escala nanométrica con las que mejorar el rendimiento de las pantallas y las células solares.
Se trata de una impactante impresora que podría imprimir a nanoescala, logrando la impresión de partículas pequeñísimas de sólo 60 nm, un número unas 100 veces menor que una célula roja del cuerpo humano. Sería algo así como una impresora de unos 100.000 dpi, es decir ese número de puntos por pulgada, algo que la vista humana no podría percibir (las impresoras tradicionales logran entre 1200 y 1500 dpi, es decir partículas de un tamaño de 10.000 nm o más).

La idea no es utilizar esta tecnología para mejorar los métodos actuales de impresión de revistas y fotografías sino para lograr la fabricación de nanocables para la producción masiva de microchips o bien para ser utilizada en biomedicina. Este sistema también podría servir para crear micro lentes ópticos.

La litografía por nanoimpresión utiliza la fuerza mecánica para impresionar un patrón a escala nanométrica y es capaz de conseguir características mucho más pequeñas que la litografía óptica, que está a punto de alcanzar su límite físico. La técnica fue desarrollada como herramienta para miniaturizar los circuitos integrados, y una serie de compañías, entre las que se incluye Molecular Imprints en Austin, Texas, la siguen desarrollando para esta aplicación.

Sin embargo, hasta ahora ha resultado difícil poder escalar la litografía por nanoimpresión de forma fiable. Para alcanzar la resolución necesaria para la impresión de transistores, por ejemplo, se necesita utilizar un sello plano de unos cuantos centímetros cuadrados y que se debe mover de forma repetida a lo largo de una superficie. Esto es algo que no resulta práctico a la hora de imprimir grandes áreas de película para muchas otras aplicaciones. “Las pantallas y las células solares requieren que la impresión se lleve a cabo sobre áreas mucho más grandes, para luego cortarlas en hojas,” afirma Jay Guo, profesor asociado de ingeniería eléctrica y ciencias informáticas en la Universidad de Michigan. “Lo tienes que poder llevar a cabo de forma continuada.”

Para solucionar este problema, Guo ha desarrollado un sello que se puede utilizar para la impresión rollo-a-rollo de grandes áreas. Su configuración utiliza un molde de polímero enrollado alrededor de un cilindro y que se utiliza para impresionar el patrón sobre un material que se coloca o bien encima de un soporte de cristal rígido o sobre uno de polímero. Para crear el componente final, el patrón se fija mediante el uso de una luz de flash o ultravioleta. El proceso, descrito en la publicación ACS Nano, se puede llevar a cabo de forma continuada a un ritmo de un metro por minuto, y Guo afirma que lo ha utilizado para imprimir características de hasta 50 nanómetros a lo largo de un área de 6 pulgadas de ancho (alrededor de 15 centímetros). Esa resolución no es lo suficientemente buena como para crear circuitos integrados, pero es adecuada para imprimir dispositivos ópticos tales como concentradores rejillas de luz.

Esta no es la primera vez que se explora la impresión rollo-a-rollo para su uso en la litografía por nanoimpresión. Sin embargo Yong Chen, profesor de ciencias de los materiales e ingeniería en la Universidad de California, en Los Angeles, afirma que el grupo de Michigan “ha hecho que este proceso sea mucho más fiable y con una menor densidad de defectos.”

A primera vista la nueva impresora de rollo-a-rollo se parece a la imprenta de un periódico, aunque resulta mucho más compleja. La calidad del nano producto final depende de que se consiga el equilibrio correcto de propiedades en el material de impresión. El silicio y los otros materiales rígidos que se utilizan para fabricar los sellos normales de litografía por nanoimpresión no se pueden enrollar alrededor del cilindro.
“Este trabajo es un avance industrial muy importante, que debería permitir el desarrollo de un mayor número de aplicaciones dentro de la nanoimpresión,” afirma Stephen Chou, profesor de ingeniería eléctrica en la Universidad de Princeton y pionero de la litografía por nanoimpresión desde finales de los 90.

El proceso desarrollado por el grupo de Guo podría utilizarse para fabricar dispositivos nanofotónicos a gran escala y aparatos electrónicos impresos de alto rendimiento, añade Ali Javey, profesor asistente de ingeniería eléctrica y ciencias informáticas en la Universidad de California, Berkeley. Sin embargo Javey, que está desarrollando métodos de impresión con rodillo para materiales electrónicos como, por ejemplo, los nanocables de silicio, advierte que la longevidad de los moldes es algo que hay que resolver antes de que la técnica pueda ser adoptada ampliamente por la industria. “Resultaría muy atractivo si los moldes no tuviesen que ser reemplazados tan a menudo, para así hacer que el proceso fuese lo más continuado posible,” afirma Javey.

Los investigadores de Michigan seguirán trabajando para reducir la resolución alcanzada por esta técnica y desarrollarla para la manufactura. Guo afirma que su grupo está trabajando con una serie de compañías interesadas en utilizar el proceso de impresión en sus productos. “Esta es una técnica base que se puede utilizar en muchas cosas,” señala.

Litografía de Nano-Impresión

Una de las tecnologías que cambiaran el mundo.

La nanotecnología es un campo de las ciencias aplicadas dedicado al control y manipulación de la materia a una escala menor que un micrómetro, es decir, a nivel de átomos y moléculas (nanomateriales). Lo más habitual es que tal manipulación se produzca en un rango de entre uno y cien nanómetros. Se tiene una idea de lo pequeño que puede ser un nanobot sabiendo que un nanobot de unos 50 nm tiene el tamaño de 5 capas de moléculas o átomos -depende de qué esté hecho el nanobot-.

Nano- es un prefijo griego que indica una medida, no un objeto, de manera que la nanotecnología se caracteriza por ser un campo esencialmente multidisciplinar, y cohesionado exclusivamente por la escala de la materia con la que trabaja.

La característica fundamental de nanotecnología es que constituye un ensamblaje interdisciplinar de varios campos de las ciencias naturales que están altamente especializados. Por tanto, los físicos juegan un importante rol no sólo en la construcción del microscopio usado para investigar tales fenómenos sino también sobre todas las leyes de la mecánica cuántica. Alcanzar la estructura del material deseado y las configuraciones de ciertos átomos hacen jugar a la química un papel importante. En medicina, el desarrollo específico dirigido a nanopartículas promete ayuda al tratamiento de ciertas enfermedades. Aquí, la ciencia ha alcanzado un punto en el que las fronteras que separan las diferentes disciplinas han empezado a diluirse, y es precisamente por esa razón por la que la nanotecnología también se refiere a ser una tecnología convergente.

Una posible lista de ciencias involucradas sería la siguiente:

  • Química (Moleculares y computacional)
  • Bioquímica
  • Biología molecular
  • Física
  • Electrónica
  • Informática
  • Matemáticas
  • Medicina

La nanotecnología avanzada, a veces también llamada fabricación molecular, es un término dado al concepto de ingeniería de nanosistemas (máquinas a escala nanométrica) operando a escala molecular. Se basa en que los productos manufacturados se realizan a partir de átomos. Las propiedades de estos productos dependen de cómo estén esos átomos dispuestos. Así por ejemplo, si reubicamos los átomos del grafito (compuesto por carbono, principalmente) de la mina del lápiz podemos hacer diamantes (carbono puro cristalizado). Si reubicamos los átomos de la arena (compuesta básicamente por sílice) y agregamos algunos elementos extras se hacen los chips de un ordenador.