Nouvelle façon douce d’imprimer des motifs de micropuces sur des surfaces courbes

Le scientifique du NIST, Gary Zabow, n’avait jamais eu l’intention d’utiliser des bonbons dans son laboratoire. Ce n’était qu’en dernier recours qu’il avait même essayé d’enterrer des points magnétiques microscopiques dans des morceaux de sucre durcis – des bonbons durs, essentiellement – et d’envoyer ces emballages sucrés à des collègues dans un laboratoire biomédical. Le sucre se dissout facilement dans l’eau, libérant les points magnétiques pour leurs études sans laisser de plastiques ou de produits chimiques nocifs.

Par chance, Zabow avait laissé un de ces morceaux de sucre, incrusté de réseaux de points micromagnétiques, dans un bécher, et il a fait ce que le sucre fait avec le temps et la chaleur : il a fondu, recouvrant le fond du bécher d’un désordre gluant.

« Pas de problème, » pensa-t-il. Il se contenterait de dissoudre le sucre, comme d’habitude. Sauf que cette fois, quand il a rincé le bécher, les micropoints avaient disparu. Mais ils ne manquaient pas vraiment; au lieu d’être libérés dans l’eau, ils avaient été transférés au fond du verre où ils projetaient un reflet arc-en-ciel.

« Ce sont ces couleurs arc-en-ciel qui m’ont vraiment surpris », se souvient Zabow. Les couleurs indiquaient que les réseaux de micropoints avaient conservé leur motif unique.

Ce doux gâchis lui donna une idée. Le sucre de table ordinaire pourrait-il être utilisé pour apporter la puissance des micropuces à des surfaces nouvelles et non conventionnelles ? Les découvertes de Zabow sur ce processus d’impression par transfert potentiel ont été publiées dans La science en nov. 25.

Les puces semi-conductrices, les surfaces à micro-motifs et l’électronique reposent toutes sur la micro-impression, le processus consistant à placer des motifs précis mais minuscules d’un millionième à un milliardième de mètre de large sur des surfaces pour leur donner de nouvelles propriétés. Traditionnellement, ces minuscules labyrinthes de métaux et autres matériaux sont imprimés sur des tranches plates de silicium. Mais à mesure que les possibilités de puces semi-conductrices et de matériaux intelligents se développent, ces motifs minuscules et complexes doivent être imprimés sur de nouvelles surfaces non conventionnelles et non planes.

L’impression directe de ces motifs sur de telles surfaces est délicate, les scientifiques transfèrent donc les impressions. Il existe des rubans flexibles et des plastiques qui peuvent faire le travail (comme utiliser du mastic pour ramasser du papier journal), mais ces solides peuvent toujours avoir du mal à se conformer aux courbes et aux coins pointus lorsque l’impression est reposée. Ils pourraient également laisser derrière eux des plastiques ou d’autres produits chimiques qui pourraient être difficiles à enlever ou dangereux pour des usages biomédicaux.

Il existe des techniques liquides, où le matériau de transfert flotte à la surface de l’eau et la surface cible est poussée à travers. Mais cela peut aussi être délicat; avec un liquide qui coule librement, il peut être difficile de placer l’impression précisément où vous le souhaitez sur une nouvelle surface.

Mais, comme Zabow l’a découvert à sa grande surprise, une simple combinaison de sucre caramélisé et de sirop de maïs peut faire l’affaire.

Une fois dissous dans une petite quantité d’eau, ce mélange de sucre peut être versé sur des micro-motifs sur une surface plane. Une fois l’eau évaporée, le bonbon durcit et peut être enlevé avec le motif intégré. Le bonbon avec l’impression est ensuite placé sur la nouvelle surface et fondu. La combinaison sucre/sirop de maïs maintient une viscosité élevée lorsqu’elle fond, laissant le motif conserver son agencement lorsqu’il s’écoule sur les courbes et les bords. Ensuite, en utilisant de l’eau, le sucre peut être lavé, ne laissant que le motif derrière.

En utilisant cette technique, appelée REFLEX (REflow-driven FLExible Xfer), les motifs de microcircuits pourraient être transférés comme un pochoir pour permettre aux scientifiques ou aux fabricants de graver et de remplir les matériaux dont ils ont besoin aux bons endroits. Ou bien, des matériaux à motifs pourraient être transférés de leur puce d’origine sur des fibres ou des microbilles pour des études biomédicales ou microrobotiques potentielles, ou sur des surfaces pointues ou courbes dans de nouveaux dispositifs.

La technique s’est avérée efficace pour une large gamme de surfaces, y compris l’impression sur la pointe acérée d’une épingle et l’écriture du mot « NIST » en lettres dorées à l’échelle microscopique sur une seule mèche de cheveux humains. Dans un autre exemple, des disques magnétiques de 1 micromètre de diamètre ont été transférés avec succès sur une fibre de fil dentaire d’une graine d’asclépiade. En présence d’un aimant, la fibre imprimée magnétiquement a réagi, montrant que le transfert avait fonctionné.

Il y a encore plus à explorer avec REFLEX, mais ce processus pourrait ouvrir de nouvelles possibilités pour de nouveaux matériaux et microstructures dans des domaines allant de l’électronique à l’optique en passant par le génie biomédical.

« L’industrie des semi-conducteurs a dépensé des milliards de dollars pour perfectionner les techniques d’impression afin de créer des puces sur lesquelles nous comptons », déclare Zabow. « Ne serait-ce pas bien si nous pouvions tirer parti de certaines de ces technologies, en élargissant la portée de ces impressions avec quelque chose d’aussi simple et peu coûteux qu’un bonbon ? »

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