Kolmiulotteisia nanorakenteita

University of Illinois at Urbana-Champaignin tutkijat ovat kehittäneet prosessin, joka muuttaa kaksiulotteiset mikro- ja nanorakenteet kolmiulotteisiksi.

Olemassa olevat menetelmät tuottaa mikroluokan 3D-rakenteita rajoittuvat vain tiettyihin materiaaleihin tai geometriatyyppeihin. Esimerkiksi 3D-tulostus ei tarjoa mahdollisuutta rakentaa puolijohteita hyödyntäviä mikrorakenteita.

Periaatteessa menetelmässä siirretään 2D-rakenteita esijännitetylle elastomeerialustalle, jossa on sopivissa kohdin liimauspisteitä. Alustan vapauttaminen alkuperäiseen muotoonsa tuottaa nurjahduksia, jotka nostavat liimaamattomia kohtia kolmanteen ulottuvuuteen.

Monimutkaisia kolmiulotteisia mikro- ja nanorakenteita löytyy esimerkiksi biologissa, jossa ne tarjoavat keskeisiä toimintoja alkeellisimmille elämänmuodoille.

Jatkossa tutkijat aikovat hyödyntävät menetelmää rakentaakseen elektronisia tukirakenteita, jotka ohjaavat ja hallitsevat kudosviljelmän kasvua sekä kolmiulotteisia elektronisia verkkoja, jotka voivat taivuttaa ja muotoilla itsensä ihmiskehon elimiin.

Epätavallista kolmiulotteisen elektroniikan toteuttamista on tutkittu myös Twenten ja Pennsylvanian yliopistoissa ja niissä innoittajana on ollut japanilainen origami paperitaittelu ja sen variaatio kirigami, jossa paperia myös leikellään.

Twenten tutkimuksessa osoitettiin että origamia voidaan soveltaa mikrotasolla, ei kuitenkaan sormien avulla vaan käyttäen nesteiden pintajännitystä taittamaan mikrorakenteita. Se tapahtuu haihduttamalla pieniä vesipisaroita.

Pisaroita uitetaan joustaville rakenteille, jotka sitten taittuvat. Sopivasti suunniteltuna rakenne pysyy taitettuna haihtumisen jälkeen koska osat jäävät kiinni toisiinsa kolmiulotteiseen muotoon.

Pennsylvanian tutkimuksessa etsittiin puolestaan tiettyjä kirigamista johdettuja perussääntöjä, joiden avulla menetelmää voidaan soveltaa yhtäläisesti kaikissa kokoluokissa, ja lähes mille tahansa materiaalille.