صنعت چاپ از زمان اختراع اولین ماشین چاپ در زمان یوهانس گوتنبرگ راهی طولانی را پیموده است. اخیرا محققان مرکز پژوهشی ایمز ناسا روش جدیدی را توسعه داده‌اند که از پلاسما برای چاپ نانو مواد بر روی اشیاء سه بعدی و سطوح انعطاف پذیر مانند کاغذ و پارچه استفاده می‌شود. این روش می‌تواند به عنوان روشی ساده و ارزان برای ساخت ابزارهایی از قبیل سنسورهای شیمیایی و بیولوژیکی پوشیدنی، و حافظه‌ها، باتری‌ها و مدارهای مجتمع انعطاف پذیر مورد استفاده قرار گیرد. نتایج یافته‌های این محققان در مجله Applied Physics Letters منتشر شده است.
استفاده از چاپگرهای جوهرافشان (inkjet printers) یکی از روش‌های متداول رسوب‌دهی نانو مواد بر روی یک سطح است که از نظر نحوه عملکرد تا حد زیادی شبیه به چاپگرهای رایج مورد استفاده در کارهای روزانه است. با وجود اینکه این چاپگرها مبتنی بر فناوری سازمان یافته‌ای بوده و نسبتا ارزان هستند اما با محدودیت‌هایی نیز مواجه هستند. این چاپگرها حتی قابلیت چاپ بر روی منسوجات و سایر مواد انعطاف پذیر را ندارند چه رسد به اشیاء سه بعدی. از این گذشته این چاپگرها از جوهر مایع برای چاپ استفاده می‌کنند در حالی که همه‌ی مواد را نمی‌توان به آسانی به شکل مایع استفاده کرد.
برخی از نانو مواد می‌توانند با استفاده از روش‌های پرینت آئروسل (aerosol printing) چاپ شوند. اما در این روش‌ها مواد باید چند صد درجه گرم شوند تا یکپارچه شده و به شکل یک فیلم نازک و مسطح درآیند. اجرای این مرحله برای چاپ بر روی پارچه‌ها و دیگر موادی که قابلیت سوختن دارند امکانپذیر نخواهد بود، ضمن اینکه برای موادی که بتوانند حرارت اعمال شده را تحمل کنند به معنای افزایش هزینه خواهد بود.
استفاده از فناوری پلاسما مرحله‌ی حرارت دهی را حذف کرده و دمای انجام فرآیند را به کمتر از 40 درجه سانتیگراد کاهش می‌دهد. Meyyappan از مرکز پژوهشی ایمز ناسا (NASA Ames Research Center) گفت:”از این روش می‌توانید برای رسوب‌دهی بر روی کاغذ، پلاستیک، پنبه یا هر نوع منسوجی استفاده کنید. این روش برای زیرلایه‌های نرم ایده‌ال است و دیگر نیازی نیست ماده مورد استفاده برای چاپ به صورت مایع باشد.“
این گروه تحقیقاتی با چاپ لایه‌ای از نانو لوله‌های کربنی بر روی کاغذ قابلیت این روش را اثبات کردند. برای انجام این کار نانو لوله‌های کربنی با پلاسمای یون‌های هلیم مخلوط شد و سپس از طریق یک نازل بر روی کاغذ رسوب داده شد. پلاسما نانو ذرات را بر روی کاغذ متمرکز کرده و بدون نیاز به اعمال گرمای اضافی باعث تشکیل یک لایه یکپارچه شد.
دو حسگر ساده شیمیایی و بیولوژیکی توسط این تیم چاپ شد. وجود مولکول‌های خاص می‌تواند مقاومت الکتریکی نانو لوله‌های کربنی را تغییر دهد. با اندازه گیری این تغییر، دستگاه می‌تواند غلظت مولکول را شناسایی و تعیین کند. با استفاده از این روش محققان یک حسگر شیمیایی با قابلیت آشکارسازی گاز آمونیاک و یک حسگر بیولوژیکی با قابلیت آشکارسازی دوپامین (مولکول مرتبط با بیماری‌هایی مانند پارکینسون و صرع) ساختند.
الف) شماتیک تصویر جت پلاسمای اتمسفری، ب) تصویر جریان آئروسل بدون پلاسما، ج) تصویر جریان آئروسل با پلاسما
اما بنا بر گفته Meyyappan این موارد نمونه‌های ساده‌ای برای اثبات قابلیت‌های فناوری هستند. وی افزود: ”طیف گسترده‌ای از کاربردها برای زیست حسگرها وجود دارد. برای مثال، شما می‌توانید حسگرهایی بسازید که قادرند شاخص‌های زیستی برای سلامت نظیر کلسترول و یا پاتوژن‌های ناشی از غذا مانند E. coli و Salmonella را کنترل کنند. “
این روش چند منظوره بوده و به دلیل این که از یک نازل ساده استفاده می‌کند به راحتی می‌تواند مقیاس پذیر شود. برای مثال برای چاپ روی سطح وسیع می‌توان سیستمی با چندین نازل طراحی کرد یا برای چاپ روی اشیاء سه بعدی، نازل می‌تواند مانند یک شلنگ آزاد عمل کرده و نانو مواد را روی بخش‌های مختلف شئی اسپری کند.
Meyyappan عضو این تیم تحقیقاتی اظهار داشت:”این روش قادر به انجام کارهایی است که تکنیک چاپ جوهر افشان از عهده آن بر نمی‌آید. اما این روش قادر است هر آنچه که چاپ جوهر افشان انجام می‌دهد را به صورت کاملا رقابتی انجام دهد.“
طبق گفته این تیم تحقیقاتی این روش آماده تجاری سازی است. در حال حاضر محققان در حال طراحی روش برای چاپ انواع دیگر مواد نظیر مس هستند. با انجام این تحقیقات آنها قادر خواهند بود موادی را که در باتری‌ها استفاده می‌شوند را روی صفحات نازک فلزی مانند آلومینیوم چاپ کنند؛ سپس این صفحات در قالب باتری‌های نازک مورد استفاده در گوشی‌های هوشمند و سایر دستگاه رول شوند.
