3D 프린터로 2D 재료에 구조물 만들기

Aug 12, 2023

그래핀 및 기타 2D 재료의 탁월한 특성을 활용하기 위한 탐구에서 그래핀 플래그십 제휴 멤버인 KTH 왕립 공과대학(스웨덴)과 그래핀 플래그십 파트너인 뮌헨 연방군 대학교(독일) 및 SENS 연구 센터의 연구원들이 힘을 합쳐 구조를 만들었습니다. 상용 2광자 3D 프린터에 내장된 레이저를 이용해 직접 필기를 사용하는 2D 재료입니다. ACS Nano에 발표된 이 기술은 붕규산 유리 커버슬립에서 성장하거나 이동된 백금 이셀레나이드, 이황화 몰리브덴 및 그래핀에 적용되었습니다.

광학 리소그래피 및 레이저 간섭 리소그래피와 같은 기존 방법에서는 2D 재료를 보호용 레지스트 마스크로 코팅해야 하므로 에칭 중에 2D 재료의 특정 영역만 노출될 수 있습니다. 하지만 포토레지스트를 코팅하고 현상하고 제거하는 과정에서 2D 소재가 손상될 수 있습니다.

연구에서 제시된 기술은 마스킹 층이 필요하지 않으므로 기판의 오염과 손상을 방지할 수 있습니다. 2D 재료를 구조화하기 위해 연구진은 오일 침지 대물렌즈와 투명 기판을 사용했습니다. 연구팀은 단 몇 초 만에 200μm × 200μm 영역의 나노홀(직경 100nm 이상)을 생성할 수 있었습니다.

이 작업은 과학 및 산업 종사자가 표준 미세 가공 시설에 접근하지 않고도 2D 재료를 기반으로 하는 새로운 개념과 장치를 탐색할 수 있도록 해준다는 점에서 특히 흥미롭습니다. 2광자 3D 프린터는 연구실과 기업에서 더 저렴해지고 일반화되고 있으므로 이 방법을 사용하여 다양한 연구 분야에서 새로운 2D 재료 기반 장치를 빠르게 프로토타입화하고 제조할 수 있습니다.

"클린룸 외부에서 2D 재료로 작업할 수 있는 방법을 제공하면 이 흥미로운 연구 분야에 참여할 수 있는 기준이 낮아집니다."라고 연구의 주요 저자 중 한 명이며 마이크로 및 나노시스템 부서(MST)에서 근무했던 Alessandro Enrico는 말합니다. KTH에서 근무했으며 최근 이탈리아 파비아 대학교로 편입했습니다. “이 접근 방식은 기존 리소그래피 공정에 비해 또 다른 장점이 있습니다. 즉, 여러 단계의 코팅 및 용매 세척으로 인해 재료가 손상되거나 오염되지 않습니다. 화학 물질이 없다는 것은 2D 재료 연구 및 생산에 있어 더욱 환경 친화적인 접근 방식을 의미합니다.”라고 연구원은 덧붙입니다.

2광자 3D 프린터를 사용한 2D 재료의 나노패터닝. (a) 레이저 쓰기 방식의 3D 개략도. 2D 재료는 얇은 유리 커버슬립의 전면에서 성장하거나 전사됩니다. (b), (c) 및 (d)는 각각 백금 이셀레나이드(PtSe2), 이황화 몰리브덴(MoS2) 및 그래핀에 나노홀 배열을 나타냅니다. 스케일 바, PtSe2의 경우 1μm, MoS2의 경우 500nm, 그래핀의 경우 300nm입니다.

다음 단계는 부유된 2D 재료 멤브레인과 이 방법의 호환성을 조사하고 유리 기판을 다른 기능성 기판으로 교체하는 것입니다.

이 프로젝트는 그래핀 플래그십의 센서 작업 패키지와 연계된 그래핀 플래그십 파트너십 프로젝트 FLAG‐ERA JTC 2019 2D‐NEMS 내에서 수행되었습니다.

참조

엔리코, 알레산드로, 그 외 여러분. "펨토초 레이저 조사를 통한 2D 재료의 초고속 저항 없는 나노패터닝." ACS 나노 17.9(2023): 8041-8052. https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.2c09501

과학 작가이자 '그래핀의 다양성' 이니셔티브의 코디네이터입니다.

과학 작가이자 '그래핀의 다양성' 이니셔티브의 코디네이터입니다.