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Simulationserfolg Grazer Forscher optimieren 3D-Druck von Nanostrukturen

Quelle: TU Graz 2 min Lesedauer

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Form, Größe und optische Eigenschaften von 3-dimensionalen Nanostrukturen lassen sich nun vorab simulieren, bevor sie auf verschiedensten Oberflächen direkt hergestellt werden.

Der optimale 3D-Druck von Nanostrukturen, wie diesem Ball aus Nanodrähten, war bisher nur durch Trial-and-Error möglich, damit später die gewünschten Eigenschaften vorliegen. Durch eine neuartige Simulation der TU Graz kann man diese jetzt recht präzise vorhersagen.(Bild: TU Graz)
Der optimale 3D-Druck von Nanostrukturen, wie diesem Ball aus Nanodrähten, war bisher nur durch Trial-and-Error möglich, damit später die gewünschten Eigenschaften vorliegen. Durch eine neuartige Simulation der TU Graz kann man diese jetzt recht präzise vorhersagen.
(Bild: TU Graz)

Seit etwa 20 Jahren ist es möglich, Oberflächen so mit Nanopartikeln zu versehen, so dass sie auf gewünschte Weise Licht konzentrieren, manipulieren oder eine Reaktion auslösen. Zu finden sind solche optisch aktiven Nanostrukturen etwa in Solarzellen und biologischen oder chemischen Sensoren, informieren Forscher der TU Graz, die damit arbeiten. Um deren Einsatzbereich zu erweitern, will man am Institut für Elektronenmikroskopie und Nanoanalytik der TU Graz und am Zentrum für Elektronenmikroskopie (ZFE) zukünftig nicht nur flache Nanostrukturen sondern auch komplexe, freistehende 3D-Architekturen herstellen. Bisher war bei dreidimensionalen Nanostrukturen ein langwieriges Trial-and-Error-Verfahren nötig, bis das Produkt die gewünschten optischen Eigenschaften hatte, wie die Forscher anmerken. Dieser Aufwand fällt nun endlich weg. Denn dem Forscherteam sind nun zwei Durchbrüche gelungen ...

Winzigste Sonden oder Pinzetten können Realität werden

So können die Wissenschaftler jetzt etwa die gewünschten optischen Eigenschaften sowie die dazu nötige Form und Größe der Nanostrukturen vorab exakt simulieren, um sie anhand der Ergebnisse dann präzise herzustellen. Außerdem sei man nun in der Lage, chemische Verunreinigungen zu beseitigen, die bei der Herstellung entstehen, ohne dabei die 3D-Nanoarchitekturen zu beeinträchtigen. Die Übereinstimmung der Simulationen mit den realen plasmonischen Resonanzen unterschiedlichster Nanoarchitekturen ist nach Aussage der Experten sehr hoch. Die Technologie sei momentan die weltweit einzige, durch die komplexe 3D-Strukturen mit Formelementen, die kleiner als 10 Nanometer sind, direkt und kontrolliert auf fast jeder Oberfläche hergestellt werden könnten. Die kleinsten Viren sind 20 Nanometer groß, wie die Forscher zur Veranschaulichung betonen. Die Herstellung von Sonden oder optischen Pinzetten mit Größen im Nanometerbereich rückte dadurch in greifbare Nähe.

Die Elektronenstrahlabscheidung macht es möglich

Zur Herstellung der Nanostrukturen nutzen die Forscher, wie es weiter heißt, die sogenannte fokussierte Elektronenstrahlabscheidung (Focused Electron Beam Induced Deposition). Dabei wird die betreffende Oberfläche unter Vakuumbedingungen mit speziellen Gasen beaufschlagt. Ein fein fokussierter Elektronenstrahl spaltet die Gasmoleküle, woraufhin Teile derselben in einen festen Zustand übergehen und sich an gewünschter Stelle anhaften, so die Beschreibung des Prozesses. Durch präzise Steuerung von Strahlverschiebung und Belichtungszeit gelinge es in einem einzigen Schritt, auch komplexe Nanostrukturen mit gitter- oder flächenartigen Strukturelementen exakt herzustellen. Durch Aufeinanderschichten dieser Nanovolumina ließen sich daraus schließlich dreidimensionale Strukturen konstruieren.

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