Taglio molecolare: cos’è e a cosa serve

Ho già dedicato un precedente articolo al tema dei tagli con Macchinari CNC, ma ora facciamo un ulteriore passo avanti e ci proverò il problema del taglio molecolare, che è un nuovo tipo di taglio che le nuove tecnologie hanno consentito e che permette di realizzare tagli molto complessi con una precisione quasi perfetta.

In effetti, è così la precisione, che è quasi diventato un fenomeno virale su alcuni social network, poiché i video sono quasi ipnotici, come vedrai più avanti...

Cos’è il taglio molecolare?

Nel settore industriale si ricercano sempre più nuove tecnologie che permettano di fare le cose basilari in modo più efficiente e ottico, e in questa ricerca di precisione e controllo nella manipolazione della materia si sono raggiunti livelli nuovi e sempre più affascinanti. Lui Taglio molecolare, noto anche come ablazione con fascio ionico focalizzato o FIB (Focused Ion Beam), emerge come uno strumento indispensabile per esplorare e modificare i materiali su scala nanometrica.

È una tecnica che utilizza un raggio ionico focalizzato per scolpire i materiali con una precisione senza precedenti, eliminando la materia a livello dei singoli atomi o molecole. Questa tecnica si basa sull'interazione tra ioni ad alta energia e atomi del materiale bersaglio, che provoca la disintegrazione ed eliminazione degli atomi, portando alla formazione di una cavità o struttura tridimensionale con la forma desiderata.

El prestazioni di taglio molecolare Può essere suddiviso in tre fasi principali:

1. Generazione di ioni: Un fascio ionico viene generato dalla ionizzazione di atomi o molecole, solitamente utilizzando una sorgente ionica come una pistola ionica a spruzzo o una sorgente di plasma.
2. Concentrazione e accelerazione: Gli ioni generati vengono focalizzati e accelerati ad alte energie, tipicamente nell'intervallo di energia tra keV e MeV, utilizzando un sistema ottico o elettrostatico. L'energia cinetica degli ioni determina la profondità di penetrazione nel materiale bersaglio, i più potenti sono in grado di penetrare per diversi centimetri anche nei metalli più duri.
3. Interazione con il materiale: Il fascio ionico focalizzato colpisce il materiale bersaglio, interagendo con i suoi atomi. Questa interazione può provocare la disintegrazione e l'eliminazione degli atomi, portando alla formazione di una cavità o struttura tridimensionale con la forma desiderata.

Davvero la tecnica non è nuova, veniva già utilizzato in settori come quello dei semiconduttori per l'incisione o per la deposizione di materiale, tuttavia, il perfezionamento di queste attrezzature ha permesso di fare il salto anche in altri settori industriali, come quelli che producono pezzi metallici complessi, tra gli altri.

Il taglio molecolare è una tecnica in continua evoluzione, con grandi potenzialità di rivoluzionare diversi ambiti scientifici e tecnologici. I progressi nella generazione di ioni, nella messa a fuoco e nel controllo del fascio consentiranno livelli ancora più elevati di precisione e risoluzione. Inoltre, l'integrazione delle tecniche di taglio molecolare con altre strumenti di microfabbricazione aprirà nuove possibilità per la creazione di dispositivi e strutture nanometriche con proprietà e funzionalità senza precedenti. Questi tipi di dispositivi stanno diventando sempre più veloci ed economici, anche se hanno ancora prezzi proibitivi per la maggior parte dei mortali, ma chissà se un giorno saranno abbastanza economici da poter essere utilizzati in casa, o magari integrati nelle future stampanti 3D per migliorare la produzione additiva...

Vantaggi del taglio molecolare

Il taglio molecolare offre una serie di vantaggi rispetto ad altre tecniche di taglio, come lavorazione meccanica, litografia, ecc., come ad esempio:

• estrema precisione: consente di lavorare su scala nanometrica, con una risoluzione fino a pochi nanometri.
• Flessibilità- Può essere utilizzato per scolpire un'ampia varietà di materiali, inclusi metalli, semiconduttori, polimeri e persino materiali biologici, nonché per il taglio completo.
• Controllo preciso: consente di creare strutture tridimensionali complesse con grande precisione e dettaglio, consentendo di produrre parti avanzate.
• peccato contatto: non richiede il contatto fisico con il materiale, il che riduce al minimo i danni e la contaminazione, come possono causare altri tipi di tagli se osservati al microscopio, come i tagli con seghe, plasma, ecc., che lasciano tutti segni molto più evidenti segni, oltre ad eliminare una maggiore quantità di materiale, il che significa che non si adattano con la massima precisione.

Applicazioni del taglio molecolare

Il taglio molecolare trova applicazioni in una vasta gamma di campi, Compreso:

• Nanofabbricazione- Utilizzato per creare dispositivi elettronici miniaturizzati, sensori, attuatori e altre strutture su scala nanometrica, come dispositivi MEMS o NEMS.
• Scienza dei materiali: permette di studiare la struttura e le proprietà dei materiali a livello nanometrico.
• biologia e medicina: utilizzato per manipolare cellule, tessuti e altri materiali biologici o per eseguire interventi molto precisi con pochi danni.
• Riparazione del dispositivo: consente di riparare difetti in dispositivi elettronici e altri componenti miniaturizzati.
• Arte: Data la perfezione di questi tagli, si possono realizzare vere e proprie opere d'arte, puzzle che si incastrano perfettamente, senza che visivamente sembri avere un taglio nel pezzo, come negli esempi che avete visto nel primo video.

Alternative

Il taglio molecolare ha altre alternative nel settore, molto più economici, ma anche con una precisione molto inferiore. Ad esempio dobbiamo evidenziare:

• Litografia: La litografia è una tecnica ampiamente utilizzata nella produzione di circuiti integrati e altri dispositivi microelettronici, nonché MEMS. Per rendere ciò possibile, viene utilizzata una macchina con un modello che farà passare la luce (esistono anche alternative alla fotolitografia come l'EBL o la litografia a fascio di elettroni) attraverso di essa, per modificare le proprietà di un materiale fotosensibile, e quindi attaccarlo attraverso sostanze chimiche lavora in bagni acidi, e così scolpisci i pezzi che desideri, fino al taglio. Ciò consente un'alta risoluzione, ma è anche molto complesso e costoso a causa dei macchinari necessari se deve essere prodotto ad alta risoluzione.
• Elettroerosione (EDM): è una tecnica di lavorazione che utilizza scariche elettriche per erodere il materiale. Si basa sul principio che l'energia elettrica si concentra in un piccolo spazio, creando un canale al plasma che scioglie e vaporizza il materiale. I vantaggi sono che possono essere applicati a una varietà di materiali, consentendo la creazione di forme tridimensionali complesse, e non richiede contatto come FIB, tuttavia non ha una precisione così elevata come il taglio molecolare, la sua velocità è piuttosto lento e genera una grande quantità di calore che può danneggiare i materiali sensibili.
• taglio laser: È una tecnica che permette di tagliare anche con elevata precisione, anche se non tanto quanto i tagli molecolari. Offre anche prototipazione rapida e geometrie complesse, ma i materiali che possono essere tagliati e le profondità possono avere limitazioni.