Phương pháp in 3D mới để chế tạo các cấu trúc hỗn hợp kim loại-nhựa phức tạp
bởi Đại học Waseda
Các nhà nghiên cứu từ Nhật Bản đã đề xuất một kỹ thuật in 3D kim loại-nhựa mới có thể được sử dụng để tạo ra các vi điện tử có khả năng tùy chỉnh và tích hợp cao, có thể tìm thấy các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Ảnh: Kewei Song từ Đại học Waseda
Các cấu trúc hỗn hợp nhựa-kim loại ba chiều (3D) có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử thông minh, cảm biến vi mô/nano, thiết bị kết nối vạn vật kết nối Internet (IoT) và thậm chí cả điện toán lượng tử. Các thiết bị được xây dựng bằng cách sử dụng các cấu trúc này có mức độ tự do thiết kế cao hơn và có thể có nhiều tính năng phức tạp hơn, hình học phức tạp hơn và kích thước ngày càng nhỏ hơn. Nhưng các phương pháp hiện tại để chế tạo các bộ phận như vậy rất tốn kém và phức tạp.
Gần đây, một nhóm các nhà nghiên cứu từ Nhật Bản và Singapore đã phát triển một quy trình in 3D xử lý ánh sáng kỹ thuật số đa vật liệu (MM-DLP3DP) mới để chế tạo các cấu trúc hỗn hợp kim loại-nhựa với các hình dạng phức tạp tùy ý.
Giải thích về động lực đằng sau nghiên cứu, các tác giả chính Giáo sư Shinjiro Umezu, ông Kewei Song từ Đại học Waseda và Giáo sư Hirotaka Sato từ Đại học Công nghệ Nanyang, bang Singapore cho biết: "Robot và các thiết bị IoT đang phát triển với tốc độ chóng mặt. chúng cũng phải phát triển. Mặc dù công nghệ hiện tại có thể sản xuất các mạch 3D, nhưng các mạch phẳng xếp chồng vẫn là một lĩnh vực nghiên cứu tích cực. Chúng tôi muốn giải quyết vấn đề này để tạo ra các thiết bị có chức năng cao nhằm thúc đẩy sự tiến bộ và phát triển của xã hội loài người."
Nghiên cứu đã được xuất bản trong Tài liệu & Giao diện Ứng dụng ACS.
Quy trình MM-DLP3DP là một quy trình gồm nhiều bước bắt đầu bằng việc chuẩn bị các tiền chất hoạt tính—hóa chất có thể được chuyển đổi thành hóa chất mong muốn sau khi in 3D, vì hóa chất mong muốn không thể tự in 3D. Tại đây, các ion palladi được thêm vào nhựa được xử lý bằng ánh sáng để chuẩn bị các tiền chất hoạt động.
Quy trình in 3D xử lý ánh sáng kỹ thuật số đa vật liệu (MM-DLP3DP) mới cho phép sản xuất nhiều loại linh kiện, bao gồm thiết bị điện tử 3D, điện cực rỗng kim loại, cấu trúc siêu vật liệu, cấu trúc có thể đeo linh hoạt và cấu trúc kim loại bên trong nhựa. Tín dụng: Giáo sư Shinjiro Umezu từ Đại học Waseda
Điều này được thực hiện để thúc đẩy quá trình mạ điện phân (ELP), một quá trình mô tả quá trình khử các ion kim loại trong dung dịch nước để tạo thành lớp phủ kim loại bằng xúc tác tự động. Tiếp theo, thiết bị MM-DL3DP được sử dụng để chế tạo cấu trúc vi mô chứa các vùng nhựa hoặc tiền chất hoạt động lồng vào nhau. Cuối cùng, những vật liệu này được mạ trực tiếp và các mẫu kim loại 3D được thêm vào chúng bằng ELP.
Nhóm nghiên cứu đã sản xuất nhiều bộ phận với cấu trúc liên kết phức tạp để chứng minh khả năng sản xuất của kỹ thuật được đề xuất. Những bộ phận này có cấu trúc phức tạp với các lớp làm tổ đa vật liệu, bao gồm các cấu trúc rỗng siêu nhỏ và siêu nhỏ, nhỏ nhất trong số đó có kích thước 40 μm. Hơn nữa, các mẫu kim loại trên các bộ phận này rất cụ thể và có thể được kiểm soát chính xác.
Nhóm cũng đã sản xuất bảng mạch 3D với cấu trúc liên kết kim loại phức tạp, chẳng hạn như mạch âm thanh nổi LED bằng niken và mạch 3D hai mặt bằng đồng.
"Bằng cách sử dụng quy trình MM-DLP3DP, có thể chế tạo các bộ phận 3D kim loại-nhựa phức tạp tùy ý có các mẫu kim loại cụ thể. Ngoài ra, việc tạo ra sự lắng đọng kim loại có chọn lọc bằng cách sử dụng tiền chất hoạt động có thể tạo ra lớp phủ kim loại chất lượng cao hơn. Cùng với nhau, những yếu tố này có thể góp phần vào sự phát triển của vi điện tử 3D tích hợp và có thể tùy chỉnh," trạng thái Umezu, Song và Sato.
Quy trình sản xuất mới hứa hẹn sẽ là một công nghệ đột phá để sản xuất mạch điện, với các ứng dụng trong nhiều loại công nghệ khác nhau, bao gồm điện tử 3D, siêu vật liệu, thiết bị đeo linh hoạt và điện cực rỗng kim loại.
