📅 Data publikacji: 12.05.2025
У серці лабораторії NanoFab Національного технічного університету «КПІ» команда на чолі з д-р Анною Маліновською розпочала сміливі дослідження над технологією нанодруку — можливістю укладати окремі атоми в задані структури з роздільністю до 0,5 нм. Щоб досягти цього, вони встановили вакуумні камери з контролем температури до 0,01 °C та систему активної компенсації вібрацій. З молекулярно-сфокусованими електронними променями в камері виділяли атоми золота та кремнію, які «сівалися» на поверхню графенового підкладника. Кожен рух маніпулятора калібрували з точністю до кількох пікометрів, щоб точково нанести атоми твердого з’єднання без розтікання чи злиття. 🛠️
Перші експериментальні структури, що нагадували геометричні візерунки — гексагональні та трикутні матриці — виявилися успішними. Після сканування зразків з використанням скануючого зондового мікроскопа (STM) науковці переконалися, що атомна точність перевищує можливості традиційної фотолітографії. Однак виклики лишалися: адгезія атомів в умовах залишкової вібрації рамки, мінімальний рівень забруднень і стабільність зон депозиції. З метою знизити фонове забруднення, інженери інтегрували очищувачі з 99,9999 % чистотою й розробили реальне часове коригування траєкторій часток за допомогою зворотного зв’язку від датчиків тиску й температури. 🔍
В експериментах з nanoindentation дослідні зразки піддавали навантаженню на одиниці наноньютонів, щоб виміряти модуль Юнга й межу міцності. Результати показали, що графенові «містки» з атомами металів демонструють міцність у гігапаскалях, відкриваючи шлях до ультралегких надміцних компонентів для аерокосмічної та авіаційної промисловості. Знайомство з цими даними заклало основу для друку найтонших сенсорів і світловодів у подальших фазах проєкту. ✈️🚀
У другій фазі нанодрук знайшов практичне втілення в медицині: друк мікроскопічних імплантів зі структурою гідроксиапатиту та колагену для регенерації кісткової тканини. Імпланти з точністю до кількох мікрометрів друкувалися на композитних підкладниках, потім імплантувалися в лабораторні моделі кістки. Тести на тваринах підтвердили інтеграцію з природною тканиною та прискорення остеогенезу на 30 % порівняно з традиційними матрицями. 🦴
Паралельно відділ молекулярної електроніки впровадив нанодрук для створення нанометрових провідників із срібла та міді. Використавши суміш осаджених атомів і тонких шарів діелектриків з SiO₂, команда створила прототипи польових транзисторів із характеристиками перемикання в ТГц-діапазоні. Ці пристрої пройшли випробування стабільності при температурах до 150 °C, демонструючи високу надійність та енергоефективність. 🚗🔬
Щоб пришвидшити масштабування, розроблено гібридну платформу: мікродрук 3D формує основну геометрію, а наноголовка додає шари провідників і сенсорних елементів. Такі рішення стали основою для виробництва гнучких сенсорів на пластинах, здатних вбудовуватися в носиму електроніку та медичні датчики. 🌟
У третій фазі NanoFab створило міжнародне консорціум NT-Alliance для стандартизації нанодруку. Визначено протоколи безпеки, процедури оцінки наноматеріалів та критерії екотоксичності. Кожен новий матеріал проходив аудит на біосумісність і вплив на екосистеми, а лабораторії публікували результати у відкритих репозиторіях. ⚖️
Науковці впровадили в освітній процес мобільні демонстраційні станції, які відвідували університети та школи, проводячи майстер-класи з атомарного друку. Це надихнуло нові покоління інженерів і дослідників. Для промислового впровадження ЄС ухвалив регламент NanoSafe та створив цифрові сертифікати для продукції, виготовленої нанодруком. 🏛️
Підсумовуючи, д-р Маліновська зазначила: «Нанодрук відкриває безмежні горизонти в матеріалознавстві, медицині та електроніці, але потребує відповідального підходу. Ми повинні гарантувати, що наша технологія служить на користь людям і довкіллю». 🌍🔬