Fazendo estruturas em materiais 2D com uma impressora 3D

Aug 12, 2023

Na busca para aproveitar as propriedades excepcionais do grafeno e outros materiais 2D, pesquisadores do Graphene Flagship Associated Member KTH Royal Institute of Technology (Suécia) e do Graphene Flagship Partner da Universidade da Bundeswehr Munique (Alemanha) e do SENS Research Center uniram forças para estruturar Materiais 2D usando escrita direta com o laser integrado de uma impressora 3D comercial de dois fótons. Publicada na ACS Nano, a técnica funcionou em disseleneto de platina, dissulfeto de molibdênio e grafeno cultivados ou transferidos para lamelas de vidro de borosilicato.

Os métodos tradicionais, como a litografia óptica e a litografia por interferência a laser, exigem o revestimento do material 2D com uma máscara protetora de resistência, permitindo que apenas áreas específicas do material 2D sejam expostas durante a gravação. No entanto, o processo de revestimento, revelação e remoção do fotorresistente pode danificar o material 2D.

A técnica apresentada no estudo dispensa camada de mascaramento, evitando contaminação e danos ao substrato. Para estruturar os materiais 2D, os pesquisadores utilizaram uma objetiva de imersão em óleo e um substrato transparente. A equipe foi capaz de gerar nanofuros (≥100 nm de diâmetro) em uma área de 200 μm × 200 μm em apenas alguns segundos.

O trabalho é particularmente interessante porque permite que atores científicos e industriais sem acesso a instalações de microfabricação padrão explorem novos conceitos e dispositivos baseados em materiais 2D. Como as impressoras 3D de dois fótons estão se tornando mais baratas e mais comuns em laboratórios de pesquisa e empresas, esse método pode ser usado para prototipar e fabricar rapidamente novos dispositivos 2D baseados em materiais em vários campos de pesquisa.

“Fornecer uma maneira de trabalhar com materiais 2D fora das salas limpas reduz o nível de envolvimento neste emocionante campo de pesquisa”, diz Alessandro Enrico, um dos principais autores do estudo, que trabalhou na Divisão de Micro e Nanossistemas (MST) na KTH e recentemente transferido para a Universidade de Pavia, na Itália. “Essa abordagem tem outras vantagens em relação aos processos litográficos convencionais: o material não é danificado ou contaminado por múltiplas etapas de revestimento e enxágue com solvente. Nenhuma substância química também significa uma abordagem mais ecológica para pesquisa e produção de materiais 2D”, acrescenta o pesquisador.

Nanopadronização de materiais 2D usando uma impressora 3D de dois fótons. (a) Esquema 3D da abordagem de escrita a laser. O material 2D é cultivado ou transferido na parte frontal de uma lamela de vidro fina. (b), (c) e (d) apresentam matrizes de nanoholes em disseleneto de platina (PtSe2), dissulfeto de molibdênio (MoS2) e grafeno, respectivamente. Barra de escala, 1 μm para PtSe2, 500 nm para MoS2 e 300 nm para grafeno.

O próximo passo é investigar a compatibilidade deste método com membranas de material 2D suspensas e substituir o substrato de vidro por outros funcionais.

Este projeto foi realizado dentro do Graphene Flagship e do Graphene Flagship Partnering Project FLAG-ERA JTC 2019 2D-NEMS, que é afiliado ao Sensors Work Package do Graphene Flagship.

Referência

Enrico, Alessandro, et al. "Nanopadronização ultrarrápida e sem resistência de materiais 2D por irradiação a laser de femtosegundo." ACS nano 17.9 (2023): 8041-8052. https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.2c09501

Escritor científico e coordenador da iniciativa 'Diversidade no Grafeno'.

Escritor científico e coordenador da iniciativa 'Diversidade no Grafeno'.