Việc hình thành mẫu kim loại micro/nano là một bước quan trọng trong quá trình lắp ráp các thiết bị khác nhau. Tuy nhiên, các phương pháp tạo khuôn kim loại tại chỗ đã hạn chế các ứng dụng công nghiệp của chúng do tính ổn định và độ phân tán kém của các hạt nano kim loại. Sự lắng đọng điện phân tại chỗ sau khi tạo khuôn in thạch bản có thể là lựa chọn tốt hơn để tránh sự phát triển và kết tụ của các hạt kim loại trong polyme.
Axit tannic rất giàu sản phẩm tự nhiên, có cấu trúc tri-hydroxyl liền kề, có thể thực hiện khử các ion kim loại tại chỗ trên mô hình chất quang dẫn. Một nhóm các nhà khoa học đã phát minh ra một phương pháp kim loại hóa mới với các mẫu chất quang dẫn axit tannic đã được sửa đổi. Công trình của họ được công bố trên tạp chí Industrial Chemistry & Materials.
Wenbing Kang, giáo sư tại Đại học Sơn Đông, giải thích: “Chúng tôi hướng đến việc xây dựng một chất quang dẫn mới và quy trình chuyển đổi mô hình chất quang dẫn trực tiếp thành một mẫu kim loại mong muốn”. Phương pháp kim loại hóa khác với phương pháp tạo khuôn kim loại thông thường sử dụng màng kim loại và mẫu quang điện bằng cách sử dụng quá trình loại bỏ khắc và chống lại. Nó có thể là một lựa chọn tốt để hình thành các mẫu kim loại trên các chất nền khác nhau và cũng có thể áp dụng cho các thiết bị linh hoạt.
Kỹ thuật tạo khuôn bề mặt cho cấu trúc micro-nano là chìa khóa cho sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ. Tuy nhiên, kim loại hóa mẫu là một bước quan trọng trong việc lắp ráp các thiết bị khác nhau. Trong các phương pháp tạo khuôn kim loại tại chỗ, các nhà nghiên cứu thường sử dụng “mực kim loại” với sự hỗ trợ của máy in phun hoặc phương pháp in thạch bản mềm để tạo hình trên các chất nền khác nhau.
Tuy nhiên, các ứng dụng công nghiệp của chúng bị hạn chế do hiệu suất kém do độ ổn định và độ phân tán kém của các hạt nano kim loại và độ phân giải thấp hơn do hiệu ứng vòng cà phê và sức căng bề mặt.
Với yêu cầu ngày càng tăng về tạo khuôn kim loại có độ phân giải cao, những người tiên phong đã phát triển kỹ thuật viết laser trực tiếp bằng cách kết hợp các phương pháp tiếp cận tại chỗ với kỹ thuật in thạch bản trực tiếp để nhận ra sự phân tán tại chỗ của các hạt nano kim loại trong polyme.
Tuy nhiên, hiệu ứng siêu nhiệt cục bộ của laser bằng bức xạ quang trực tiếp lên tiền chất kim loại trong polyme có thể dẫn đến sự phát triển và kết tụ của các hạt kim loại không thể kiểm soát được, dẫn đến mất đi tính chất quang điện không thể đảo ngược. Do đó, lắng đọng điện phân tại chỗ sau khi tạo khuôn in thạch bản có thể là lựa chọn tốt hơn để tránh sự phát triển và kết tụ của các hạt kim loại trong polyme.
Các nhóm hydroxyl phenolic đóng vai trò khá quan trọng trong quá trình lắng đọng điện phân tại chỗ do chúng tương tác mạnh với các ion kim loại khác nhau và bột khử của chúng. Axit tannic rất giàu sản phẩm tự nhiên, có cấu trúc tri-hydroxyl liền kề, giúp cải thiện đáng kể khả năng khử các ion kim loại. Tuy nhiên, axit tannic thường cần được biến đổi bởi một số nhóm kỵ nước để cải thiện tính kháng trong chất phát triển kiềm và khả năng hòa tan trong dung môi hữu cơ để có hiệu suất quang điện tốt hơn.
Mặc dù thực tế là axit tannic biến đổi đã được áp dụng trong tạo mẫu chất quang dẫn, nhưng phương pháp kim loại hóa tại chỗ dựa trên mô hình chất quang dẫn axit tannic vẫn chưa có.
Nhóm nghiên cứu đã thiết kế thành công hệ thống quang điện khuếch đại hóa học bằng cách sử dụng chất bảo vệ axit tannic với các nhóm BOC và methacyloyl cũng như quy trình điện trở với tiếp xúc kép để đảm bảo mô hình điện trở với mẫu kim loại thành công. Họ đã sử dụng axit tannic đã biến tính để trộn với chất quang dẫn bằng máy tạo axit quang (PAG103) để tạo mẫu in thạch bản bằng cách phủ quay, phơi sáng bằng mặt nạ, nung và phát triển.
Sau đó, họ phát minh ra phương pháp phơi nhiễm thứ hai và làm nóng để loại bỏ các nhóm bảo vệ trong màng cản nhằm tái tạo các nhóm hydroxyl phenolic để có đủ lượng bột khử. Cuối cùng, mẫu Ag có thể được xây dựng tại chỗ bằng cách kim loại hóa mẫu in thạch bản thông qua quá trình khử các hạt nano Ag+ thành Ag sử dụng khả năng khử cao của các nhóm phenolic.
Sự tái sinh của nhóm hydroxyl phenolic ở lần phơi nhiễm thứ hai và quy trình nướng đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành mẫu Ag. Màng Ag có độ dẫn điện tuyệt vời và điện trở vuông khoảng 1 Ω sq−1.
Trong tương lai, nhóm nghiên cứu hy vọng rằng công trình của họ có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về phương pháp và quá trình hình thành mẫu Ag dựa trên khuôn mẫu chất quang dẫn axit tannic biến đổi. Kang cho biết: “Chúng tôi đang nghiên cứu ứng dụng chiến lược này trong việc hình thành các màng kim loại hoặc mẫu kim loại khác. Quá trình này có những ứng dụng tiềm năng trong lắp ráp thiết bị”.
P.T.T (NASATI), theo https://phys.org/news/2023-09-metallization-method-tannic-acid-photoresist.html, 2/10/2023 (vista.gov.vn)