Elektroniikan komponenttien painaminen on tulevaisuudessa iso bisnes. Hyvin pienikokoisten rakenteiden painaminen on kuitenkin haastavaa. Massachusetts Insitute of Technologyssä on kehitetty tekniikka, jolla piirejä voisi painaa joustavalla pinnalle nanoputkileimasimella.
Science Advances -lehdessä julkaistu tekniikka perustuu hiilinanoputkista piille kasvatettuihin rakenteisiin. Niiden avulla voidaan sekä kiinteille että joustaville pinnoille tulostaa sähköisellä musteella elektronisia komponentteja.
Hanketta johtaneen professori A. John Hartin mukaan toteuttu leimasin kykenee tulostamaan niin pieniä transistoreja, että niillä voidaan ohjata suuriresoluutioisten näyttöjen ja kosketusruutujen yksittäisiä pikseleitä. Tekniikka voi myös mahdollistaa edullisen elektroniikan painamisen hyvin erilaisissa sovelluksissa.
Tähän asti vastaavia leimaratkaisuja käyttävät tekniikat eivät ole toimineet, koska johtava muste ei ole pysynyt haluttujen kuvioiden sisällä. Hartin tutkimusryhmä ratkaisi ongelman kehittämällä nanohuokoisen leimasimen. Tämän ansiosta muste pysyy halutuissa kuvioissa tarkasti.
Haluttu reoluutio saavutetaan kasvattamalla haluttu kuvio leimasimelle hiilinanoputkista. Sylinterimuotoiset outket ovat muutaman nanometrin paksuisia, joten kuvioista tulee erittäin tarkkoja. Hart kuvaa tekniikkaa ikään kuin nanokokoisille sulkakynillä pistekirjoittamiseksi.
Hartin tiimi kasvatti piille erilaisia hiilinanoputkikuvioita, kuten hunajakennon muotoisia kuusikulmioita ja vastaavia. Nanoputket päällystettiin ohuella polymerikerroksella, millä varmistettiin se, että muste tunkeutuisi läpi koko ”nanoputkimetsän” eivätäk nanoputket kutistuisi leimaamisen jälkeen.
Itse painomusteena käytetään nanopartikkeliseosta, jossa on hopea-, sinkkoksidi- sekä puolijohtavia kvanttipisteitä. Painamisen kannalta kriittistä on juuri oikean paineen löytämisen leimasimelle Tämän arvioimiseen tutkijat kehittivät ennustavan mallin, joka ottaa huomioon leiman ja alustan kovuuden sekä musteen nanopartikkelien jakaantumisen.
Lopulta tutkijat kehittivät motorisoidun rullan, jolla leimasinta voitiin käyttää painamiseen ja jossa leimauspainetta voitiin tarkasti säätää. Testeissä kuvioiden johtavuus todettiin erittäin hyväksi.