Исследователи из MIT нашли способ печати коллоидов. Благодаря 3D технологиям они могут создавать сантиметровые, свободно стоящие кристаллы, каждый из которых выполнен из миллиардов индивидуальных частиц. Этот метод может быть использован для производства оптических датчиков, цветных дисплеев и электроники с подсветкой.

«Если бы вы увеличили каждую частицу до размера футбольного мяча, то это было бы похоже на укладку множества футбольных мячей, чтобы сделать что-то столь же высокое, как небоскреб», — говорит соавтор исследования Элвин Тан (Alvin Tan), аспирант кафедры Массачусетского технологического института Материаловедения и техники. «Это то, что мы делаем на наноуровне».

Используя этот метод, ученые напечатали различные структуры, такие как крошечные башни и спирали, которые взаимодействуют со светом определенными способами в зависимости от размера отдельных частиц в каждом элементе.

«Если бы вы могли печатать схемы, которые манипулируют фотонами вместо электронов, то можно было бы проложить путь для будущих приложений в системах на основе света вместо электричества, чтобы устройства могли быть более быстрыми и энергоэффективными», — говорит Тан.

Коллоиды представляют собой любые крупные молекулы или мелкие частицы, обычно имеющие размер от 1 нм до 1 мкм в диаметре, которые суспендируются в жидкости или газе (один из распространенных примеров — туман). Если коллоидные частицы однородного размера движутся вместе путем испарения их жидкого растворителя, что заставляет их собираться в упорядоченные кристаллы, можно создавать структуры, которые обладают уникальными оптическими, химическими и механическими свойствами.

Исследователи используют специально построенное устройство для 3D печати, состоящее из стеклянного шприца и иглы, установленных над двумя нагретыми алюминиевыми пластинами. Игла проходит через отверстие в верхней пластине и распределяет коллоидный раствор на подложку, прикрепленную к нижней. Команда равномерно нагревает обе алюминиевые пластины, так что когда игла распределяет коллоидный раствор, жидкость медленно испаряется, оставляя только частицы. Нижнюю пластину можно поворачивать и перемещать вверх и вниз, чтобы манипулировать формой общей структуры.

В качестве первой демонстрации своей техники коллоидной печати команда работала с растворами частиц полистирола в воде и создавала сантиметровые башни и спирали. Каждая из этих структур содержит 3 миллиарда частиц. В последующих испытаниях, изменяя размеры частиц полистирола, они смогли печатать башни, отражающие определенные цвета.

Команда также экспериментировала с более экзотическими коллоидными частицами, а именно кварцевыми и золотыми наночастицами, которые могут обладать уникальными оптическими и электронными свойствами. Они печатали миллиметровые башни, выполненные из наночастиц диаметром 200 и 80 нанометров.

Ученые уверены, что их разработка будет эффективна в таких областях, как зондирование, хранение энергии и фотоника.