Сибирские ученые разрабатывают новые материалы для 3D печати

В сфере 2D и 3D печати Россия сегодня отстает на 10 —15 лет.

Технологии цифровой печати объектов, как двумерных (2D), так и трехмерных (3D), стремительно развиваются во всем мире. К сожалению, в России за время перестройки была разрушена база, которая позволила бы нашей стране занять достойное место в этой области. Над тем, чтобы преодолеть отставание, работают ученые Института физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН, сообщает издание «Наука в Сибири».

 — В сфере 2D и 3D печати Россия сегодня отстает на 10 —15 лет, и в будущем это непременно скажется на состоянии экономики. Мы хорошо знаем, как сильно изменила нашу жизнь полупроводниковая микро- и нанотехнология. 60 лет микроэлектроники дали компьютеры, телевизоры, мобильные телефоны, интернет, навигаторы, флэш-память, ноутбуки и так далее. Наноэлектроника позволяет формировать десятки миллиардов транзисторов на одном чипе. Уже в ближайшие десятилетия ожидается цифровая промышленная революция, смена технологического уклада, — говорит заведующий лабораторией физики и технологии трехмерных наноструктурдоктор физико-математических наук, профессор Виктор Принц.

По его словам, цифровая 3D-печать, называемая также аддитивной технологией, позволяет слой за слоем формировать любые сложные трехмерные формы, согласно компьютерной модели

— Ученым 3D-печать дает возможность быстрого прототипирования: до мелочей проработать нужный объект и посмотреть, как он будет выглядеть в реальности. Для этого можно использовать самые разные материалы, — металл, керамику, диэлектрики, полимеры, — притом производство будет безотходным, — говорит ученый.

Виктор Принц отметил, что, по прогнозам, влияние технологии 3D-печати на мировой ВВП может к 2025 году достичь $550 млрд.

— Россия планирует занять 2 % этого рынка — очень небольшая цифра, но даже этот показатель, по-видимому, недостижим. Сегодня у нашей лаборатории практически нет конкурентов в стране: мы взяли на себя задачу разработать новые методы, которые позволили бы с помощью технологии 2D и 3D-печати массово делать уникальные структуры, материалы, приборы для нанофотоники, микрооптики, микро-наноэлектроники, например, метаматериалы — искусственные материалы, свойства которых (акустические, электромагнитные, механические, сейсмические и другие) намеренно конструируются на микро- и наноуровне. Разработанные нами ранее технологии формирования трехмерных структур и приборов хорошо стыкуются с технологиями 3D печати — при этом создается синергетический эффект, — подчеркнул завлабораторией.

Большую роль в развитии технологии 2D и 3D печати, по словам профессора, имеют специальные гранты Российского научного фонда, по которым сегодня работает лаборатория.

Это два проекта, один из них посвящен 2D печати (печатные технологии получения материалов и электронных устройств на основе графена под руководством доктора физико-математических наук Ирины Вениаминовны Антоновой), а другой — 3D печати (разработка аддитивных технологий, то есть технологий послойного синтеза для создания элементной базы фотоники и микроэлектроники, которой руководит Виктор Принц).

 — 3D-печать в микро- и нанообласти — это мировая проблема, и она требует новых методов, которые позволят массово создавать не отдельные трехмерные объекты, а их массивы на большой площади. Разработка технологий на стыке с 3D-и 2D-печатью усиливает их возможности — именно этим мы занимаемся у себя в лаборатории: предлагаем новые методы, разрабатываем новые материалы для принтеров, — пояснил Виктор Принц.

По его словам, 3D-принтеры позволяют печатать любыми веществами, от металла до стекла, и сотрудники лаборатории ИФП СО РАН работают над созданием собственных метариалов.

—  Например, добавляем двуокись ванадия, неорганическое соединение, испытывающее фазовый переход: при комнатной температуре оно является полупроводником, но, нагреваясь до 68 С° градусов, становится металлом. Созданные на его основе композиты заимствуют эти свойства, и поэтому они интересны для практических применений. На базе частиц двуокиси ванадия мы придумали несколько новых устройств для управления электромагнитным излучением, они представляют собой массив искусственных элементов-резонаторовс размерами, малыми по сравнению с длиной волны излучения. Сегодня одним из самых востребованных направлений считаются разработки терагерцовых метаматериалов. ТГц-излучение излучение представляет интерес для медицинской диагностики и визуализации (например, раковых клеток), терагерцовые спектры несут информацию о структуре сложных биологических комплексов, позволяют идентифицировать биоорганические вещества, взрывчатые вещества в системах безопасности и так далее. Проблема в том, что природные материалы, позволяющие управлять этим излучением, отсутствуют, поэтому мы сами разработали и напечатали их. Микрорезонаторы в них имеют сложную форму — их можно создать только с помощью 3D печати, — рассказал Виктор Принц.

Кроме того, ученые работают не только над цифровыми микро- и нанотехнологиями, но и гибридными технологиями — объединениями уже разработанных достижений.

Фото: издание «Наука в Сибири», автор- Юлия Позднякова