CZ36570U1 - Device for nanoprinting from nanoparticles - Google Patents

Description

Oblast technikyField of technology

Technické řešení se týká oblasti 2D a 3D tisku kovů, konkrétně zařízení pro nanotisk z nanočástic.The technical solution relates to the field of 2D and 3D printing of metals, specifically a device for nanoprinting from nanoparticles.

Dosavadní stav technikyCurrent state of the art

V současné době jsou metody 2D, případně 3D tisku velmi diskutovaným tématem jak v makroskopickém, tak i v nanoskopickém měřítku. Na makroškále lze 3D výrobek vyrobit například opracováním bulkového materiálu, zejména frézováním, kdy je materiál odstraňován, dokud nevznikne výsledný výrobek. Na nanoškále je 3D výrobek připraven například pomocí litografických technik, které zahrnují odleptávání materiálu. Tedy materiál je postupně nanášen a selektivně odstraňován, dokud nevznikne výsledný výrobek. Na druhé straně existují metody, kdy je materiál pouze přidáván, tzv. aditivní výroba, příkladem na makroškále je například 3D tisk z termoplastických polymerů. Výhodou těchto aditivních technik je snadnější výroba objektů, které mají malé zaplnění, tj. dutých objektů. V současnosti nejrozšířenější technika pro tisk kovů je selektivní laserové tavení neboli SLM (z angl. „selective laser melting“). Technika SLM vyžaduje laser s vysokým výkonem v řádu 1 až 10 W a typicky je používán prášek mikročástic z jednoho nebo více materiálů o velikosti v řádu od 10 do 100 μm. Obdobné řešení je popsáno v dokumentu US 10112342 B2. Tento prášek mikročástic je dodáván pomocí válce a jemnost prášku nanočástic limituje rozlišení na desítky až stovky mikrometrů. Velmi podobným systémem s dodáváním prášku nanočástic pomocí trysky s již připraveným práškem nanočástic je přímá energetická depozice neboli DED (z angl. „direct energy deposition“). Nevýhodou však je opět potřeba relativně velkých energií laseru, aby bylo umožněno tisknout na teplotně citlivé substráty, přičemž se dále vlivem teplotních fluktuací a přenosu tepla zhoršuje rozlišení tisku. Vzhledem k tomu, že velikost rozlišení tisku je závislá na velikosti částic prášku nanočástic, je potřeba použít co nejmenší částice.Currently, 2D or 3D printing methods are a much-discussed topic both on a macroscopic and nanoscopic scale. On a macro scale, a 3D product can be produced, for example, by processing bulk material, especially milling, where the material is removed until the final product is created. On the nanoscale, a 3D product is prepared using, for example, lithographic techniques that involve etching away the material. So the material is gradually applied and selectively removed until the final product is created. On the other hand, there are methods where the material is only added, so-called additive manufacturing, an example on a macro scale is, for example, 3D printing from thermoplastic polymers. The advantage of these additive techniques is the easier production of objects that have a small filling, i.e. hollow objects. Currently, the most widespread technique for metal printing is selective laser melting, or SLM. The SLM technique requires a high-power laser in the order of 1 to 10 W, and typically a powder of microparticles of one or more materials in the order of 10 to 100 μm is used. A similar solution is described in document US 10112342 B2. This microparticle powder is delivered using a roller, and the fineness of the nanoparticle powder limits the resolution to tens to hundreds of micrometers. A very similar system with the delivery of nanoparticle powder using a nozzle with already prepared nanoparticle powder is direct energy deposition or DED (from the English "direct energy deposition"). However, the disadvantage is again the need for relatively large laser energies to enable printing on temperature-sensitive substrates, while the resolution of the print deteriorates due to temperature fluctuations and heat transfer. Since the size of the print resolution is dependent on the particle size of the nanoparticle powder, it is necessary to use the smallest possible particles.

Logickým přístupem je proto použít místo mikroprášku nanoprášek. Vědci se touto možností již zabývají a v posledních letech se objevují vědecké publikace na téma tisku z nanočástic na povrch substrátu, ovšem bez možnosti 3D tisku a za použití nanočástic stabilizovaných v roztocích. Nevýhodou současného uspořádání zařízení pro 3D tisk pomocí selektivního laserového spékání neboli SLS (z angl. „selective laser scintering“) a SLM je zejména závislost rozlišení tisku na velikosti částic prášků, dále prášky je nutno připravovat mimo zařízení, čímž se prodlužuje proces 3D tisku a není možně přímo při tisku měnit tvar, velikost, nebo chemické složení částic. S tím je spojená další nevýhoda, a to komplikované nanášení prášku na substrát. Další nevýhodou je, že nanočástice připravené chemicky v roztoku lze jen velmi těžko použít pro tisk ve vakuu. Dále je nevýhodou složitost kombinace více materiálů dohromady a také nedostatečná čistota materiálů připravených za atmosférického tlaku vlivem působení atmosférických plynů.The logical approach is therefore to use nanopowders instead of micropowders. Scientists are already dealing with this possibility, and in recent years scientific publications have appeared on the topic of printing from nanoparticles on the surface of the substrate, but without the possibility of 3D printing and using nanoparticles stabilized in solutions. The disadvantage of the simultaneous arrangement of equipment for 3D printing using selective laser sintering or SLS (from the English "selective laser scintering") and SLM is mainly the dependence of the printing resolution on the size of the powder particles, and the powders must be prepared outside the equipment, which prolongs the 3D printing process and it is not possible to change the shape, size or chemical composition of the particles directly during printing. Another disadvantage is associated with this, namely the complicated application of the powder to the substrate. Another disadvantage is that nanoparticles prepared chemically in solution are very difficult to use for vacuum printing. Furthermore, the disadvantage is the complexity of combining several materials together, as well as the insufficient purity of materials prepared under atmospheric pressure due to the action of atmospheric gases.

Tyto nevýhody byly částečně odstraněny v dokumentu US 2010/0167958 A1, který popisuje zařízení pro zachycování a změnu orientace dielektrických nanočástic a mikročástic pokrytých ušlechtilým kovem. Tato technika umožňuje již vytvořené nanočástice polohovat, a hlavně orientovat v roztoku pomocí laseru díky lokalizované povrchové plazmonové rezonanci neboli LSPR za použití světelného zdroje generujícího světelný svazek pro vytvrzení deponovaných nanočástic. Tato technika v principu umožňuje dopravení nanočástic na určitá místa substrátu, nicméně neřeší jejich spojování do uceleného výrobku, a navíc je provedena za atmosférického tlaku, tj. za přítomnosti roztoku a atmosférických plynů.These disadvantages have been partially overcome in document US 2010/0167958 A1, which describes a device for capturing and reorienting dielectric nanoparticles and microparticles covered with a noble metal. This technique allows already formed nanoparticles to be positioned, and mainly to be oriented in solution using a laser thanks to localized surface plasmon resonance, or LSPR, using a light source generating a light beam to harden the deposited nanoparticles. In principle, this technique enables the delivery of nanoparticles to certain places of the substrate, however, it does not address their joining into a complete product, and moreover, it is carried out under atmospheric pressure, i.e. in the presence of a solution and atmospheric gases.

V dokumentu Brett B. Lewis, Robert Winkler, Xianhan Sang et. al., 3D Nanoprinting via laserassisted electron beam induced depositon: growht kinetics, enhanced purity, and electrical resistivity, Beinlstein J. Nanocechnology, 2017, 8, 801-812, je popsán laserový nanotisk, kterýIn the paper Brett B. Lewis, Robert Winkler, Xianhan Sang et. al., 3D Nanoprinting via laserassisted electron beam induced deposition: growth kinetics, enhanced purity, and electrical resistivity, Beinlstein J. Nanotechnology, 2017, 8, 801-812, laser nanoprinting is described, which

- 1 CZ 36570 U1 funguje na základě chemické reakce molekul prekurzoru MeCpPt(IV)Me3 s reaktivním plynem obsahujícím kyslík, které jsou do vakuové komory dodávány v plynné podobě. V místě ozáření elektronovým svazkem došlo k tvorbě platinové struktury. V případě zapojení laseru do procesu, který ozařoval celý substrát bylo dosaženo nižší rezistivity takové struktury. Jedná se tedy o tisk z plynných prekurzorů pomocí elektronového svazku. Nevýhodou takového přístupu je nutnost použit drahé zařízení pro generování polohování elektronového svazku, ale také přítomnost uhlíkatých ko-reaktantů ve výsledné struktuře, a tudíž nemožnost dosáhnout potřebné čistoty materiálu, která může ovlivnit vodivost, optické ale i mechanické vlastnosti.- 1 CZ 36570 U1 works on the basis of the chemical reaction of molecules of the precursor MeCpPt(IV)Me3 with a reactive gas containing oxygen, which are supplied to the vacuum chamber in gaseous form. A platinum structure was formed at the point of electron beam irradiation. In the case of involving a laser in a process that irradiated the entire substrate, a lower resistivity of such a structure was achieved. It is therefore printing from gaseous precursors using an electron beam. The disadvantage of such an approach is the need to use expensive equipment for generating the electron beam positioning, but also the presence of carbonaceous co-reactants in the resulting structure, and therefore the impossibility of achieving the necessary purity of the material, which can affect the conductivity, optical but also mechanical properties.

Dokument US 2018/0015661 A1 popisuje uspořádání zařízení pro rychlý tisk 3D nanostruktur z polymerního materiálu. Takové zařízení obsahuje dva zdroje světla, přičemž druhý z nich na určitých místech selektivně snižuje energii prvního, čímž je dosaženo tisku. Nevýhodou však zůstává absence možnosti tisku z kovu a tisku bez přítomnosti atmosférických plynů.Document US 2018/0015661 A1 describes the arrangement of a device for rapid printing of 3D nanostructures from polymeric material. Such a device contains two light sources, the second of which selectively reduces the energy of the first in certain places, thereby achieving printing. However, the disadvantage remains the absence of the possibility of printing from metal and printing without the presence of atmospheric gases.

Dokument CN 112917893 A se pokoušel odstranit výše uvedené nevýhody pomocí zařízení pro 3D nanotisk a 3D mikrotisk v elektrickém poli. Toto zařízení sestává z tiskového rozprašovače, tiskové trysky, tiskového základního materiálu, deskové elektrody, tiskové platformy, vysokonapěťového napájecího zdroje, napájecího modulu, přesného řídícího modulu zpětného tlaku, a zejména tříosé přesné pohybové plošiny pohybující se v ose XYZ a laserového dálkoměru. Toto uspořádání neodstraňuje však nevýhodu potřeby komplikované dopravy nanočástic na substrát, pracuje za atmosférického tlaku a neumožňuje použít částice menší než 100 nm pro tisk.Document CN 112917893 A attempted to overcome the above disadvantages by means of a device for 3D nanoprinting and 3D microprinting in an electric field. This equipment consists of a printing atomizer, a printing nozzle, a printing base material, a plate electrode, a printing platform, a high-voltage power supply, a power supply module, a precise back pressure control module, and especially a three-axis precision moving platform moving in the XYZ axis and a laser range finder. However, this arrangement does not eliminate the disadvantage of the need for complicated transport of nanoparticles to the substrate, works at atmospheric pressure and does not allow using particles smaller than 100 nm for printing.

Úkolem technického řešení je proto vytvoření takového zařízení pro nanotisk z nanočástic, které by integrovalo přípravu prášku ve formě nanočástic, umožnilo by změnu parametrů, tedy materiálového složení, velikosti, morfologie, takových nanočástic v průběhu tisku, řešilo by jednoduše jejich dopravu na substrát a jejich spékání v rámci jednoho procesu, a které by minimalizovalo výkon laseru, a pracovalo by bez přítomnosti atmosférických plynů ve vakuu, čímž by se výrazně usnadnil celý proces 3D a 2D tisku, bylo by dosaženo velké čistoty výsledných výrobků, a výrazně by se zvýšilo rozlišení tisku v důsledku zmenšení velikosti výchozích částic pro tisk.The task of the technical solution is therefore to create such a device for nanoprinting from nanoparticles, which would integrate the preparation of powder in the form of nanoparticles, would enable the change of parameters, i.e. material composition, size, morphology, of such nanoparticles during printing, would simply solve their transport to the substrate and their sintering within one process, and which would minimize the laser power, and would work without the presence of atmospheric gases in the vacuum, which would greatly facilitate the entire process of 3D and 2D printing, achieve great purity of the final products, and significantly increase the resolution of the print due to the reduction in the size of the starting particles for printing.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Vytčený úkol je vyřešen pomocí zařízení pro nanotisk na substrát, které zahrnuje alespoň jednu vakuovou komoru pro umístění substrátu a pro depozici nanočástic na tento substrát. Zařízení dále zahrnuje alespoň jeden světelný zdroj generující světelný svazek pro selektivní spékání nanočástic. Podstata technického řešení spočívá v tom, že zařízení dále zahrnuje plynně agregační zdroj nanočástic ústící do vakuové komory pomocí výstupní štěrbiny pro usměrnění svazku nanočástic. Zařízení dále zahrnuje alespoň jeden fokusační optický člen pro zaostření světelného svazku na expoziční oblast ležící v rovině povrchu substrátu. Zařízení dále zahrnuje alespoň jedno polohovací zařízení pro změnu vzájemné polohy substrátu a světelného svazku ve vakuové komoře, čímž je umožněno spékání nanočástic na různých místech substrátu, což vede k možnosti 2D či 3D tisku. Takové zařízení řeší úkol integrace přípravy nanočástic do procesu tisku bez potřeby dopravy připravených nanočástic na substrát mechanickým způsobem jako i jednoduchou přípravu nanočástic a úpravu jejich velikostí a materiálového složení v průběhu tisku. Dále zařízení podle předkládaného technického řešení umožňuje pracovat v přítomnosti vakua, čímž lze zajistit vysokou čistotu výsledných výrobků. Dále zařízení výrazně zvyšuje rozlišení 3D a 2D tisku v důsledku zmenšení velikosti výchozích částic pro tisk. Zařízení pro nanotisk díky možnosti současně deponovat nanočástice a ozařovat je světelným svazkem umožňuje rychlejší nepřerušovaný tisk výsledných struktur, rychlost tisku v ose-z je pak rovna depoziční rychlosti nanočástic v nm/s. Možnost střídat dopravu nanočástic s ozařováním světelným svazkem, umožňující nanášení nanočástic střídavě s expozicí světelného svazku je výhodné, jelikož umožňuje dosáhnout vyšší přesnosti tisku a umožňuje tisk objektů na větší ploše substrátu. V případě nanesení vrstvy nanočástic má polohovací zařízení dostatek času na to, aby bylyThe set task is solved by means of a device for nanoprinting on a substrate, which includes at least one vacuum chamber for placing the substrate and for the deposition of nanoparticles on this substrate. The device further includes at least one light source generating a light beam for selective sintering of nanoparticles. The essence of the technical solution lies in the fact that the device further includes a gaseous aggregation source of nanoparticles opening into the vacuum chamber by means of an exit slot for directing the nanoparticle beam. The device further includes at least one focusing optical element for focusing the light beam on the exposure area lying in the plane of the surface of the substrate. The device further includes at least one positioning device for changing the relative position of the substrate and the light beam in the vacuum chamber, which enables the sintering of nanoparticles in different places of the substrate, which leads to the possibility of 2D or 3D printing. Such a device solves the task of integrating the preparation of nanoparticles into the printing process without the need to transport the prepared nanoparticles to the substrate mechanically, as well as simple preparation of nanoparticles and adjustment of their sizes and material composition during printing. Furthermore, the device according to the presented technical solution allows working in the presence of a vacuum, which can ensure high purity of the resulting products. Furthermore, the device significantly increases the resolution of 3D and 2D printing due to the reduction of the size of the starting particles for printing. The device for nanoprinting, thanks to the possibility of simultaneously depositing nanoparticles and irradiating them with a light beam, enables faster uninterrupted printing of the resulting structures, the speed of printing in the z-axis is then equal to the deposition speed of nanoparticles in nm/s. The possibility of alternating the transport of nanoparticles with light beam irradiation, enabling the deposition of nanoparticles alternately with light beam exposure, is advantageous, as it allows for higher printing accuracy and enables the printing of objects on a larger surface area of the substrate. In the case of depositing a layer of nanoparticles, the positioning device has enough time for them to be

- 2 CZ 36570 U1 nanočástice spečeny i na velmi vzdálených místech substrátu. Poté lze tento postup opakovat a tisknout objekty stylem vrstva po vrstvě.- 2 CZ 36570 U1 nanoparticles sintered even in very distant places of the substrate. This process can then be repeated to print objects in a layer-by-layer style.

Pod pojmem „nanočástice“ pro účely popisu tohoto vynálezu se rozumí shluk atomů o velikosti objemu 1 nm³ do 1 pm³.The term "nanoparticle" for the purposes of the description of this invention means a cluster of atoms with a volume size of 1 nm ³ to 1 pm ³ .

Ve výhodném provedení alespoň jeden fokusační optický člen pro zaostření světelného svazku na expoziční oblast je tvořen zrcátkem s otvorem pro přivádění nanočástic k substrátu. Toto uspořádání je výhodné, jelikož je možno maximalizovat numerickou aperturu posledního optického členu obsahujícího otvor a tím dosáhnout jednak lepšího zaostření, tedy menší plochy expoziční oblasti, a tudíž vyššího rozlišení v osách XY - rovině kolmé na směr depozice nanočástic. Navíc vyšší numerická apertura umožňuje díky vysoké sbíhavosti a rozbíhavosti svazku dosáhnout vyšší lokalizace expoziční oblasti v ose Z, což také zvyšuje rozlišení. Navíc se nanočástice přivádějí rovnoběžně s optickou osou tohoto fokusačního členu, a tudíž jsou v expoziční oblasti ozařovány symetricky, čímž je jednak zvýšeno rozlišení tisku, jednak je tisk homogenní.In a preferred embodiment, at least one focusing optical element for focusing the light beam on the exposure area is formed by a mirror with an opening for bringing nanoparticles to the substrate. This arrangement is advantageous, as it is possible to maximize the numerical aperture of the last optical element containing the hole and thereby achieve both better focusing, i.e. a smaller area of the exposure area, and therefore a higher resolution in the XY axes - the plane perpendicular to the direction of nanoparticle deposition. In addition, a higher numerical aperture enables a higher localization of the exposure area in the Z axis due to the high convergence and divergence of the beam, which also increases the resolution. In addition, the nanoparticles are fed parallel to the optical axis of this focusing element, and thus they are irradiated symmetrically in the exposure area, which increases the print resolution on the one hand, and the print is homogeneous on the other.

Ve výhodném provedení je vstup světelného svazku uspořádán uvnitř vakuové komory. Vstupem světelného svazku je s výhodou optické vlákno. Toto uspořádání je výhodné, jelikož může být fokusační optický člen s držákem substrátu antivibračně oddělen od zbytku vakuové komory, čímž je možno redukovat vibrace a dosáhnout vyšší přesnosti nanotisku.In an advantageous embodiment, the entrance of the light beam is arranged inside the vacuum chamber. The input of the light beam is preferably an optical fiber. This arrangement is advantageous, as the focusing optical element with the substrate holder can be anti-vibrationally separated from the rest of the vacuum chamber, thereby reducing vibrations and achieving higher accuracy of nanoprinting.

V jiném výhodném provedení je vstup světelného svazku uspořádán vně vakuové komory. Vstupem světelného svazku je s výhodou planparalelní sklíčko. Toto uspořádání je výhodné, jelikož umožňuje minimalizovat rozměry vakuové komory, vzhledem k tomu, že vevnitř vakuové komory může být uspořádán pouze poslední člen fokusační optické soustavy.In another advantageous embodiment, the entrance of the light beam is arranged outside the vacuum chamber. The entrance of the light beam is preferably a plane-parallel slide. This arrangement is advantageous as it allows minimizing the dimensions of the vacuum chamber, given that only the last member of the focusing optical system can be arranged inside the vacuum chamber.

Ve výhodném provedení je světelným svazkem laserový svazek. Takové řešení umožňuje díky prostorové koherenci dosáhnout lepšího zaostření, čímž je zvýšeno rozlišení nanotisku.In a preferred embodiment, the light beam is a laser beam. Such a solution makes it possible to achieve better focusing thanks to spatial coherence, which increases the resolution of nanoprinting.

Ve výhodném provedení je vlnová délka světelného svazku během expozice nastavena tak, aby odpovídala vlnové délce zvýšené adsorpce světla vyvolané lokalizovanou povrchovou plazmonovou rezonancí neboli LSPR v expoziční oblasti na povrchu substrátu. Zvýšená absorpce díky LSPR umožňuje minimalizaci výkonu světelného svazku potřebného ke slití nanočástic.In a preferred embodiment, the wavelength of the light beam during exposure is set to match the wavelength of increased light adsorption induced by localized surface plasmon resonance, or LSPR, in the exposure region on the surface of the substrate. The increased absorption due to LSPR enables the minimization of the light beam power required to fuse the nanoparticles.

Ve výhodném provedení je fokusační optický člen tvořen konkávním zrcátkem a/nebo parabolickým zrcátkem a/nebo rovinným zrcátkem a/nebo objektivem a/nebo soustavou čoček. Fokusační optický člen je uspořádán uvnitř vakuové komory. Toto uspořádání je výhodné, jelikož umožňuje dát poslední fokusační optický člen velmi blízko substrátu, a tudíž může mít velikou numerickou aperturu, čímž se může světelný svazek fokusovat na menší plochu a tím zvýšit přesnost nanotisku.In a preferred embodiment, the focusing optical element is formed by a concave mirror and/or a parabolic mirror and/or a plane mirror and/or an objective and/or a system of lenses. The focusing optical element is arranged inside the vacuum chamber. This arrangement is advantageous as it allows the last focusing optical element to be placed very close to the substrate and therefore can have a large numerical aperture, which allows the light beam to be focused on a smaller area and thereby increase the accuracy of nanoprinting.

V jiném výhodném provedení je fokusační optický člen tvořen konkávním zrcátkem a/nebo parabolickým zrcátkem a/nebo rovinným zrcátkem a/nebo objektivem a/nebo soustavou čoček. Fokusační optický člen je uspořádán vně vakuové komory a již fokusovaný optický svazek prochází do vakuové komory přes planparalelní okno. Toto uspořádání je výhodné, jelikož umožňuje minimalizovat rozměry vakuové komory.In another advantageous embodiment, the focusing optical element is formed by a concave mirror and/or a parabolic mirror and/or a plane mirror and/or an objective and/or a system of lenses. The focusing optical element is arranged outside the vacuum chamber and the already focused optical beam passes into the vacuum chamber through a plane-parallel window. This arrangement is advantageous as it allows minimizing the dimensions of the vacuum chamber.

Ve výhodném provedení má konkávní zrcátko a/nebo parabolické zrcátko a/nebo rovinné zrcátko plochu od 0,5 mm² do 5 m² a otvor v jeho středu má plochu od 1 pm² do 1 m². Takové uspořádání je výhodné v tom, že nanočástice dopadají vždy na substrát podél optické osy v místě fokusovaného světelného svazku, což umožňuje zvýšit přesnost tisku, jelikož jsou nanočástice v ohnisku ozařovány ze všech směrů stejně.In a preferred embodiment, the concave mirror and/or the parabolic mirror and/or the planar mirror have an area from 0.5 mm ² to 5 m ² and the opening in its center has an area from 1 pm ² to 1 m ² . Such an arrangement is advantageous in that the nanoparticles always fall on the substrate along the optical axis at the point of the focused light beam, which makes it possible to increase the accuracy of printing, since the nanoparticles in the focus are irradiated equally from all directions.

- 3 CZ 36570 U1- 3 CZ 36570 U1

Ve výhodném provedení má alespoň jedna výstupní štěrbina plynně agregačního zdroje tvar konvergentně-divergentní trysky pro zvýšení homogenity svazku nanočástic a/nebo Lavalovy trysky a/nebo soustavy štěrbin o velikosti od 0,1 mm do 10 cm. Takové řešení je výhodné, jelikož zvyšuje homogenitu svazku a fokusuje svazek tak, aby bylo deponováno více nanočástic skrz otvor v konkávním zrcátku a/nebo parabolickém zrcátku a/nebo rovinném zrcátku.In a preferred embodiment, at least one outlet slit of the gaseous aggregation source has the shape of a convergent-divergent nozzle for increasing the homogeneity of the nanoparticle beam and/or a Laval nozzle and/or a system of slits with a size from 0.1 mm to 10 cm. Such a solution is advantageous because it increases the homogeneity of the beam and focuses the beam so that more nanoparticles are deposited through the hole in the concave mirror and/or the parabolic mirror and/or the planar mirror.

V dalším výhodném provedení je polohovací zařízení pro změnu vzájemné polohy substrátu a světelného svazku tvořeno alespoň jedním akusto-optickým modulátorem, měnícími směr světelného svazku a/nebo alespoň jedním polohovatelným zrcátkem a/nebo alespoň jednou polohovatelnou čočkou a/nebo polohovatelným optickým vláknem, měnícími směr světelného svazku a/nebo mechanickým posuvem substrátu měnícím polohu substrátu vůči pozici světelného svazku a/nebo jejich kombinace. Uspořádání polohovacího zařízení tvořeného akusto-optickými modulátory měnícími směr světelného svazku a/nebo polohovatelným optickým vláknem pomocí piezoelektrické trubičky dovoluje skenovat světelným svazkem velmi rychle v expoziční oblasti. Zatímco uspořádání zařízení pro skenování v expoziční oblasti založené na polohování substrátu a/nebo zrcátek a/nebo čoček umožňuje zjednodušit celé uspořádání zařízení.In another advantageous embodiment, the positioning device for changing the relative position of the substrate and the light beam consists of at least one acousto-optic modulator, changing the direction of the light beam and/or at least one positionable mirror and/or at least one positionable lens and/or positionable optical fiber, changing the direction of the light beam and/or by mechanical displacement of the substrate changing the position of the substrate relative to the position of the light beam and/or their combination. The arrangement of the positioning device consisting of acousto-optical modulators changing the direction of the light beam and/or a positionable optical fiber using a piezoelectric tube allows to scan the light beam very quickly in the exposure area. While the arrangement of the scanning device in the exposure area based on the positioning of the substrate and/or the mirrors and/or the lenses allows to simplify the whole arrangement of the device.

V dalším výhodném provedení je plynně agregační zdroj nanočástic složen z alespoň jednoho magnetronu a/nebo alespoň jedné vypařovací lodičky a/nebo alespoň jednoho laserově ablačního zařízení a/nebo duté katody jako zdroje materiálu pro tvorbu nanočástic. Takové řešení je výhodné, jelikož lze využít jednoduchý princip magnetronového naprašování a/nebo vypařování a/nebo laserové ablace a/nebo depozici pomocí duté katody a připravit tak nanočástice ze široké škály materiálů, čistě fyzikální metodou z pevnolátkového materiálu. V případě magnetronového naprašování a laserové ablace se jedná o terče, v případě vypařování o peletky a v případě duté katody o trubičku. Takový plynně agregační zdroj má typickou depoziční rychlost v řádu pm/hod, nicméně lze dosáhnout i rychlosti řádově vyšší.In another preferred embodiment, the gas aggregation source of nanoparticles consists of at least one magnetron and/or at least one evaporation boat and/or at least one laser ablation device and/or a hollow cathode as a source of material for the formation of nanoparticles. Such a solution is advantageous because the simple principle of magnetron sputtering and/or evaporation and/or laser ablation and/or deposition using a hollow cathode can be used to prepare nanoparticles from a wide range of materials, using a purely physical method from a solid material. In the case of magnetron sputtering and laser ablation, these are targets, in the case of evaporation, pellets, and in the case of a hollow cathode, a tube. Such a gaseous aggregation source has a typical deposition rate in the order of pm/hour, however, rates that are orders of magnitude higher can also be achieved.

V dalším výhodném provedení se nanočástice připraví z alespoň jednoho plazmonického materiálu ze skupiny: stříbro, zlato, hliník, měď, zirkon nitrid, titan nitrid a/nebo jejich slitiny, přičemž průměrný objem připravených nanočástic je s výhodou do 1.000.000 nm³. Plazmonický materiál zabezpečuje zvýšenou optickou absorpci způsobenou LSPR v určitém regionu vlnových délek, čímž se může snížit výkon světelného svazku potřebného ke slití nanočástic při stejné efektivitě zahřívání nanočástic. Vybrané materiály dosahují nejen vysokou absorbanci ve formě nanočástic, ale i vysokou reflexi ve formě slitých nanočástic, tedy bulkového materiálu. Toto uspořádání je výhodné díky vysoké absorbanci světla nanočásticemi, kdy je dosahováno útlumu procházejícího světla jednou monovrstvou nanočástic až o 50 %, a díky vysoké odrazivosti bulkového materiálu tenkých kovových vrstev. Tímto lze dosáhnout tisku v ose-z s přesností až jedné monovrstvy nanočástic.In another preferred embodiment, nanoparticles are prepared from at least one plasmonic material from the group: silver, gold, aluminum, copper, zirconium nitride, titanium nitride and/or their alloys, and the average volume of prepared nanoparticles is preferably up to 1,000,000 nm ³ . The plasmonic material provides enhanced optical absorption caused by LSPR in a certain wavelength region, which can reduce the power of the light beam required to fuse the nanoparticles with the same heating efficiency of the nanoparticles. The selected materials achieve not only high absorbance in the form of nanoparticles, but also high reflection in the form of fused nanoparticles, i.e. bulk material. This arrangement is advantageous due to the high absorbance of light by nanoparticles, when the attenuation of light passing through one monolayer of nanoparticles is achieved by up to 50%, and due to the high reflectivity of the bulk material of thin metal layers. By doing so, z-axis printing can be achieved with a precision of up to one monolayer of nanoparticles.

V dalším výhodném provedení se nejdříve v plynně agregačním zdroji připraví z jednoho materiálu jádra nanočástic. Na tato jádra se následně v další komoře plynně agregačního zdroje nanese jiný materiál tvořící slupky nanočástic, přičemž teplota tání slupky nanočástic je s výhodou nižší než teplota tání jádra nanočástic. Toto provedení je výhodné, jelikož takové nanočástice se samovolně neslijí. Po ozáření kovových jader nanočástic absorbujících energii světelného svazku, jehož vlnová délka je naladěna na LSPR pík nanočástic, dojde ke zvýšení teploty celých nanočástic, což vede k tání slupek těchto nanočástic, a tudíž k jejich slití.In another advantageous embodiment, nanoparticle cores are first prepared from one material in a gaseous aggregation source. Another material forming nanoparticle shells is subsequently applied to these cores in another chamber of the gaseous aggregation source, the melting temperature of the nanoparticle shell being preferably lower than the melting temperature of the nanoparticle core. This embodiment is advantageous, since such nanoparticles do not self-assemble. After irradiation of the metal cores of the nanoparticles absorbing the energy of the light beam, the wavelength of which is tuned to the LSPR peak of the nanoparticles, the temperature of the whole nanoparticles will increase, which leads to the melting of the shells of these nanoparticles, and therefore to their fusion.

Výhody zařízení pro nanotisk z nanočástic podle tohoto technického řešení spočívají zejména v tom, že se integruje příprava prášku ve formě nanočástic a umožňuje se změna parametrů, neboli materiálového složení, velikosti a morfologie takových nanočástic v průběhu tisku, a dále se jednoduše řeší jejich doprava na substrát a jejich spékání v rámci jednoho procesu, a který minimalizuje výkon laseru, a pracuje bez přítomnosti atmosférických plynů ve vakuu, čímž se výrazně usnadňuje celý proces 3D a 2D tisku, s dosažením velké čistoty výsledných výrobků, a výrazným zvýšením rozlišení tisku v důsledku zmenšení velikosti výchozích částic pro tisk.The advantages of the device for nanoprinting from nanoparticles according to this technical solution consist mainly in the fact that the preparation of the powder in the form of nanoparticles is integrated and it is possible to change the parameters, i.e. the material composition, size and morphology of such nanoparticles during printing, and furthermore, their transport to substrate and their sintering within a single process, and which minimizes the power of the laser, and works without the presence of atmospheric gases in a vacuum, thereby significantly facilitating the entire process of 3D and 2D printing, with the achievement of great purity of the final products, and a significant increase in the print resolution due to the reduction starting particle sizes for printing.

- 4 CZ 36570 U1- 4 CZ 36570 U1

Objasnění výkresůClarification of drawings

Uvedené technické řešení bude blíže objasněno na následujících vyobrazeních, kde:The mentioned technical solution will be explained in more detail in the following illustrations, where:

obr. 1 zobrazuje schéma zařízení pro nanotisk zahrnující vstup světelného svazku uvnitř vakuové komory;Fig. 1 shows a schematic of a nanoprinting device including a light beam entrance inside a vacuum chamber;

obr. 2 zobrazuje schéma zařízení pro nanotisk zahrnující vstup světelného svazku vně vakuové komory;Fig. 2 shows a schematic of a nanoprinting device including a light beam entrance outside a vacuum chamber;

obr. 3 zobrazuje schéma zařízení pro nanotisk zahrnující fokusační optický člen vně vakuové komory;Fig. 3 shows a schematic of a nanoprinting device including a focusing optical element outside the vacuum chamber;

obr. 4 zobrazuje schéma zařízení pro nanotisk zahrnující přípravu nanočástic typu jádro slupka;Fig. 4 shows a schematic of a nanoprinting device involving the preparation of core-shell nanoparticles;

obr. 5 zobrazuje důkaz funkce plazmonického nanotisku na nanosloupcích;Fig. 5 shows proof of function of plasmonic nanoimprinting on nanopillars;

obr. 6 zobrazuje absorpční spektra Ag plazmonických nanočástic pro nanotisk; a obr. 7 zobrazuje posun absorpčního spektra monovrstvy nanočástic po zahřátí.Fig. 6 shows absorption spectra of Ag plasmonic nanoparticles for nanoimprinting; and Fig. 7 shows the shift of the absorption spectrum of the nanoparticle monolayer after heating.

Příklady uskutečnění technického řešeníExamples of implementing a technical solution

Příklad 1Example 1

Zařízení 1 pro nanotisk na substrát 7 bylo tvořeno vakuovou komorou 2 pro umístění substrátu 7, která byla čerpána turbomolekulární vývěvou a předčerpáváná šnekovou vývěvou (typ scroll). Vakuová komora 2 dále sloužila k depozici nanočástic 4 na substrát 7. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění byla vakuová komora 2 čerpána difúzní olejovou vývěvou a předčerpávána rotační olejovou vývěvou. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění byla použita vakuová komora 2 s mezním tlakem nižším než 2 Pa. Na tuto vakuovou komoru 2 byl instalován plynně agregační zdroj 3 nanočástic 4, který byl složen z agregační komory 6 a magnetronu 21 jakožto zdroje materiálu pro růst nanočástic 4. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění byla použita vypařovací lodička nebo dutá katoda, nebo laserově ablační zařízení místo magnetronu 21 jako zdroje materiálu. Tento plynně agregační zdroj 3 byl opatřen výstupní štěrbinou 11 s kruhovým průřezem o průměru 3±2 mm². V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění byla výstupní štěrbina 11 složená z 5 štěrbin o velikosti od 0,1 mm do 10 cm namontovaných za sebe, čímž byl svazek nanočástic 4 užší, nebo byla použita uzavíratelná irisová clona s proměnnou plochou do 100 cm², nebo byla použita konvergentně divergentní tryska. Tato konvergentně divergentní tryska svazek nanočástic 4 jednak usměrnila, jednak zvýšila jejich množství deponované na substrát 7 díky omezení turbulentního proudění plynu. Zařízení 1 bylo dále opatřeno jedním světelným zdrojem 5 generujícím světelný svazek 9 pro selektivní slévání nanočástic 4. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění byly použity dva a/nebo více světelných zdrojů 5 generujících světelné svazky 9. Tento světelný svazek 9 byl fokusován na expoziční oblast 20 ležící v rovině povrchu substrátu 7 pomocí fokusačního optického členu 8. Fokusační optický člen 8 pro světelný svazek 9 byl tvořen parabolickým zrcátkem 13 o velikosti 20 cm² s otvorem 15 v jeho středu s plochou 9 mm², skrz který byl deponován svazek nanočástic 4. Na tento fokusační optický člen 8 byl pomocí kolimátoru veden světelný svazek 9, tak aby substrát 7 s nanočásticemi 4 byl v ohnisku světelného svazku 9 po jeho odrazu od fokusačního optického členu 8, tedy parabolického zrcátka 13. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění mělo parabolické konkávní zrcátko 13 velikost od 0,5 mm² do 5 m² s otvorem 15 o ploše od 1 pm² do 1 m². V dalším nezobrazeném příkladu uskutečnění bylo použité rovinné zrcátko 14, na které byl namířen konvergentní svazek, nebo bylo použito rovinné zrcátko 14, které bylo umístěno zcela mimo svazek nanočástic 4, nebo byl použit objektiv, kterýThe device 1 for nanoprinting on the substrate 7 consisted of a vacuum chamber 2 for placing the substrate 7, which was pumped by a turbomolecular pump and pre-pumped by a screw pump (scroll type). The vacuum chamber 2 was further used for the deposition of nanoparticles 4 on the substrate 7. In another embodiment, not shown, the vacuum chamber 2 was pumped by a diffusion oil pump and pre-pumped by a rotary oil pump. In another embodiment, not shown, a vacuum chamber 2 with a limit pressure lower than 2 Pa was used. A gaseous aggregation source 3 of nanoparticles 4 was installed on this vacuum chamber 2, which was composed of an aggregation chamber 6 and a magnetron 21 as a source of material for the growth of nanoparticles 4. In another, not shown, embodiment, an evaporation boat or a hollow cathode, or a laser ablation device was used instead magnetron 21 as a source of material. This gaseous aggregation source 3 was provided with an outlet slot 11 with a circular cross-section of 3±2 mm ² in diameter. In another, not shown, embodiment, the exit slit 11 was composed of 5 slits with a size from 0.1 mm to 10 cm mounted behind each other, making the nanoparticle beam 4 narrower, or a closable iris diaphragm with a variable area of up to 100 cm ² was used, or convergent-divergent nozzle used. This convergent-divergent nozzle directed the bundle of nanoparticles 4 on the one hand, and on the other hand increased their amount deposited on the substrate 7 due to the restriction of turbulent gas flow. The device 1 was further provided with one light source 5 generating a light beam 9 for the selective fusion of nanoparticles 4. In another not shown embodiment, two and/or more light sources 5 generating light beams 9 were used. This light beam 9 was focused on the exposure area 20 lying in the plane of the surface of the substrate 7 using the focusing optical element 8. The focusing optical element 8 for the light beam 9 was formed by a parabolic mirror 13 with a size of 20 cm ² with an opening 15 in its center with an area of 9 mm ² , through which a beam of nanoparticles 4 was deposited. this focusing optical element 8 was guided by the light beam 9 by means of a collimator, so that the substrate 7 with nanoparticles 4 was in the focus of the light beam 9 after its reflection from the focusing optical element 8, i.e. the parabolic mirror 13. In another example, not shown, the realization had a parabolic concave mirror 13 size from 0.5 mm ² to 5 m ² with hole 15 with an area of 1 pm ² to 1 m ² . In another, not shown, embodiment, a planar mirror 14 was used on which the convergent beam was directed, or a planar mirror 14 was used that was placed completely outside the nanoparticle beam 4, or an objective was used that

- 5 CZ 36570 U1 byl umístěn zcela mimo svazek nanočástic 4 a/nebo bylo použité konkávní zrcátko 13. Nanočástice 4 byly vytvořeny v plynně agregačním zdroji 3 ze stříbra tak, že byl nastaven tlak na 50 Pa a proud v magnetronu 21 byl nastaven na 0,4 A. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění byl tlak měněn v rozmezí od 1 do 1.000 Pa a výkon magnetronu 21 v rozmezí od 1 do 1.000 W, přičemž optimální podmínky byly vybrány dle stavu naprašovacího terče. Jako světelný svazek 9 byl zvolen laser, kterého vstup 10 byl uspořádán uvnitř vakuové komory 2. Jako vstup 10 světelného svazku 9 bylo použito optické vlákno. Vlnová délka světelného svazku 9 byla vybrána, tak aby se shodovala s plazmonickým píkem nanočástic 4 v rozmezí 345 nm až 455 nm, konkrétně byly použity lasery na vlnových délkách 355 nm a 375 nm. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění bylo místo laseru využito světlo generované pomocí xenonové lampy po průchodu monochromátorem s vybranou vlnovou délkou 360 nm. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění byl vstup 10 světelného svazku 9 umístěn vně vakuové komory 2, přičemž jako vstup 10 světelného svazku 9 bylo použito planparalelní sklíčko. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění byl materiál nanočástic 4 vybrán ze skupiny stříbro, zlato, hliník, měď, zirkon nitrid, titan nitrid, nebo jejich slitiny, na jejichž plazmonický pík byla vlnová délka laserového svazku naladěna. Zařízení 1 dále zahrnovalo polohovací zařízení 12 pro změnu vzájemné polohy substrátu 7 a světelného svazku 9 ve vakuové komoře 2. Toto polohovací zařízení 12 bylo tvořeno stolečkem sloužícím k mechanickému posuvu substrátu 7 v ose XYZ, měnícím polohu substrátu 7 vůči fixní pozici ohniska světelného svazku 9 v podobě laserového svazku. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění bylo polohování zařízeno pomocí alespoň jednoho akusto-optického modulátoru 16 měnícího směr světelného svazku 9, a/nebo byl směr světelného svazku 9 měněn polohovatelnými zrcátky 17, a/nebo byl směr světelného svazku 9 měněn pomocí polohovatelných čoček. Poté byl způsobem současné depozice nanočástic 4 a jejich expozice světelným svazkem 9 po dobu 30 minut vytvořen 3D tisknutý výrobek s výškou 500 nm. Následně byly neslité nanočástice 4 odstraněny pomocí máčení substrátu 7 v roztoku surfaktantu, konkrétně dodecylsíranu sodného po dobu 10 minut za současného třepání rychlostí 100 rpm. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění byl vytvořen 3D tisknutý výrobek pomocí nanášení nanočástic 4 na expoziční oblast 20 střídavě s expozicí světelnému svazku 9.- 5 CZ 36570 U1 was placed completely outside the nanoparticle beam 4 and/or a concave mirror 13 was used. Nanoparticles 4 were created in a gaseous aggregation source 3 of silver by setting the pressure to 50 Pa and the current in the magnetron 21 to 0 .4 A. In another embodiment, not shown, the pressure was varied in the range from 1 to 1,000 Pa and the power of the magnetron 21 in the range from 1 to 1,000 W, whereby the optimal conditions were selected according to the condition of the sputtering target. A laser was chosen as the light beam 9, the input 10 of which was arranged inside the vacuum chamber 2. An optical fiber was used as the input 10 of the light beam 9. The wavelength of the light beam 9 was chosen to coincide with the plasmonic peak of the nanoparticles 4 in the range of 345 nm to 455 nm, specifically lasers at wavelengths of 355 nm and 375 nm were used. In another non-illustrated embodiment, light generated by a xenon lamp after passing through a monochromator with a selected wavelength of 360 nm was used instead of a laser. In another non-illustrated implementation example, the entrance 10 of the light beam 9 was located outside the vacuum chamber 2, and a plane-parallel glass was used as the entrance 10 of the light beam 9. In another non-illustrated embodiment, the material of the nanoparticles 4 was selected from the group of silver, gold, aluminum, copper, zirconium nitride, titanium nitride, or their alloys, to whose plasmonic peak the wavelength of the laser beam was tuned. The device 1 further included a positioning device 12 for changing the relative position of the substrate 7 and the light beam 9 in the vacuum chamber 2. This positioning device 12 was formed by a table used to mechanically move the substrate 7 in the XYZ axis, changing the position of the substrate 7 relative to the fixed position of the focus of the light beam 9 in the form of a laser beam. In another non-illustrated embodiment, the positioning was arranged by means of at least one acousto-optic modulator 16 changing the direction of the light beam 9, and/or the direction of the light beam 9 was changed by adjustable mirrors 17, and/or the direction of the light beam 9 was changed by means of adjustable lenses. Then, a 3D printed product with a height of 500 nm was created by simultaneous deposition of nanoparticles 4 and their exposure to a light beam 9 for 30 minutes. Subsequently, non-solid nanoparticles 4 were removed by dipping the substrate 7 in a surfactant solution, specifically sodium dodecyl sulfate, for 10 minutes while simultaneously shaking at a speed of 100 rpm. In another embodiment, not shown, a 3D printed product was created by applying nanoparticles 4 to an exposure area 20 alternately with exposure to a light beam 9.

Příklad 2Example 2

Zařízení 1 bylo tvořeno vakuovou komorou 2, která byla vybavena jedním plynně agregačním zdrojem 3, viz obr. 1. Tento plynně agregační zdroj 3 zahrnoval 3palcový magnetron 21 určený pro depozice tenkých vrstev, který byl použit pro generování materiálu. Magnetron 21 byl vložen do válcové agregační komory 6 o průměru 10 cm dlouhé 30 cm, která byla zakončena výstupní štěrbinou 11. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění byl použitý magnetron 21 o velikosti 2 palců a agregační komora 6 měla průměr 16 cm, nebo byl použitý magnetron 21 o velikosti 1 palce a agregační komora 6 měla průměr 4 cm. Do vakuové komory 2 byly ve směru světelného svazku 9 nainstalovány křemenné mikrováhy. Nejprve byl do vakuové komory 2 přiveden inertní plyn a bylo nalezeno optimum depozičních podmínek. Optimum se měnilo v závislosti na stavu naprašovacího stříbrného terče a muselo být po určitém čase znovu nalezeno. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění byl tlak měněn v rozmezí od 10 do 200 Pa, magnetronový proud od 0,01 A do 1 A, a vzdálenost magnetronu 21 od výstupní štěrbiny 11 plynně agregačního zdroje 3 byla v rozmezí od 0 do 30 cm. Hledané optimum bylo nalezeno při tlaku 40 Pa a proudu 0,2 A, a vzdálenosti magnetronu 21 od výstupní štěrbiny 11 plynně agregačního zdroje 3 odpovídající 5 cm. Tímto způsobem byly vyprodukovány nanočástice 4 o objemu 1.000 nm³. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění byly produkovány nanočástice 4 o objemu od 1 nm³ do 1.000.000 nm³. Tyto nanočástice 4 byly deponovány skrz 3 mm otvor 15 parabolického zrcátka 13 o průměru 20 cm na substrát 7. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění byl průměr parabolického zrcátka 13 5,08 cm. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění byl otvor 15 zrcátka velký 2,54 cm, zatímco zrcátko 13 mělo průměr 10,6 cm. Přítomnost nanočástic 4 byla prokázána pomocí měření UV-VIS spektrofotometrie. Srovnání spekter optimalizovaných a neoptimalizovaných nanočástic 4 je vidět na obr. 6, kdy v případě neoptimalizovaných nanočástic 4 byla zvýšená absorpce detekována v oblasti od 345 do 455 nm, nejvíce na vlnové délce 380 nm. V případě optimalizovaných nanočástic 4 byla zvýšená absorpceThe device 1 consisted of a vacuum chamber 2, which was equipped with one gaseous aggregation source 3, see Fig. 1. This gaseous aggregation source 3 included a 3-inch magnetron 21 intended for the deposition of thin layers, which was used to generate the material. The magnetron 21 was inserted into a cylindrical aggregation chamber 6 with a diameter of 10 cm and a length of 30 cm, which was terminated by an exit slot 11. In another embodiment, not shown, a 2 inch magnetron 21 was used and the aggregation chamber 6 was 16 cm in diameter, or a magnetron was used 21 of 1 inch and the aggregation chamber 6 was 4 cm in diameter. Quartz microbalances were installed in the vacuum chamber 2 in the direction of the light beam 9. First, an inert gas was introduced into the vacuum chamber 2 and the optimum deposition conditions were found. The optimum varied depending on the condition of the sputtering silver target and had to be found again after a certain time. In another non-illustrated embodiment, the pressure was varied in the range from 10 to 200 Pa, the magnetron current from 0.01 A to 1 A, and the distance of the magnetron 21 from the outlet slot 11 of the gas aggregation source 3 was in the range from 0 to 30 cm. The desired optimum was found at a pressure of 40 Pa and a current of 0.2 A, and the distance of the magnetron 21 from the output slot 11 of the gaseous aggregation source 3 corresponding to 5 cm. Nanoparticles 4 with a volume of 1,000 nm ³ were produced in this way. In another non-illustrated embodiment, nanoparticles 4 with a volume of 1 nm ³ to 1,000,000 nm ³ were produced. These nanoparticles 4 were deposited through the 3 mm opening 15 of the parabolic mirror 13 with a diameter of 20 cm onto the substrate 7. In another embodiment, not shown, the diameter of the parabolic mirror 13 was 5.08 cm. In another embodiment, not shown, the mirror aperture 15 was 2.54 cm, while the mirror 13 was 10.6 cm in diameter. The presence of nanoparticles 4 was demonstrated using UV-VIS spectrophotometry. A comparison of the spectra of optimized and non-optimized nanoparticles 4 can be seen in Fig. 6, where in the case of non-optimized nanoparticles 4, increased absorption was detected in the region from 345 to 455 nm, most at a wavelength of 380 nm. In the case of optimized nanoparticles 4, the absorption was increased

- 6 CZ 36570 U1 detekována v oblasti od 300 do 800 nm, nejvíce na vlnové délce 410 nm. Na obr. 7 je zobrazeno, že LSPR pík byl po zahřátí a slití nanočástic 4 posunut z vlnové délky 360 nm na vlnovou délku 492 nm, čímž materiál přestal absorbovat na vlnové délce laseru, a tudíž materiál nebyl dále výrazně zahříván. Ve vakuové komoře 2 byl instalován substrát 7, který byl polohován pomocí mechanického posuvu v ose XYZ, čímž bylo dosaženo ozařování různých míst substrátu 7 laserovým svazkem na vlnové délce 355 nm. Deponované nanočástice 4 tak byly spékány na různých místech pomocí postupné depozice.- 6 CZ 36570 U1 detected in the range from 300 to 800 nm, most at a wavelength of 410 nm. Fig. 7 shows that the LSPR peak was shifted from a wavelength of 360 nm to a wavelength of 492 nm after heating and fusion of nanoparticles 4, whereby the material stopped absorbing at the laser wavelength, and thus the material was not further heated significantly. In the vacuum chamber 2, the substrate 7 was installed, which was positioned using mechanical displacement in the XYZ axis, which achieved the irradiation of different places of the substrate 7 with a laser beam at a wavelength of 355 nm. The deposited nanoparticles 4 were thus sintered in different places by successive deposition.

Příklad 3Example 3

Pomocí zařízení 1 pro nanotisk připraveného dle příkladu 2 byla připravena struktura ve tvaru kosočtverce. Po vytisknutí struktury pomocí slévání nanočástic 4 byly neslité nanočástice 4 ze vzorku odmyty pomocí surfaktantu v ultrazvuku a poté pomocí delší expozice surfaktantu za stálého míchání 100 rpm. Výsledná struktura byla dále podrobena analýze pomocí optické mikroskopie. Když byl vzorek proměřen z hlediska transmise, byla místa se slitými nanočásticemi 4 tmavá, to odpovídalo tomu, že skrz tato místa neprocházelo žádné světlo. Naopak v reflexi se toto světlo od stejných míst odráželo. Slité nanočástice 4 totiž vytvořily plošku, tedy zrcadlo, která světlo nepropouštěla, ale odrážela.Using the device 1 for nanoprinting prepared according to example 2, a diamond-shaped structure was prepared. After the structure was printed by casting nanoparticles 4, the unfused nanoparticles 4 were washed from the sample with surfactant in ultrasound and then with prolonged exposure to surfactant under constant stirring at 100 rpm. The resulting structure was further analyzed using optical microscopy. When the sample was measured for transmission, the sites with the fused nanoparticles 4 were dark, corresponding to no light passing through these sites. Conversely, in reflection, this light was reflected from the same places. The fused nanoparticles 4 formed a surface, i.e. a mirror, which did not transmit light, but reflected it.

Příklad 4Example 4

Pomocí zařízení 1 pro nanotisk připraveného dle příkladu 2 za použití laseru o vlnové délce 355 nm byly střídavou depozicí a expozicí vytisknuty struktury s půdorysem čtverce složené ze 100 sloupců v mříži 10*10, viz obr. 5. Byl optimalizován výkon světelného svazku 9 v podobě laserového svazku pro Ag nanočástice 4. V případě optimálního výkonu byly v transmisi v místě sloupců získané černé body a v reflexi bílé, což dokazuje že sloupce nebyly tvořeny nanočásticemi 4, ale slitým bulkovým stříbrem. Pro negativní kontrolu byl ztrojnásoben výkon laseru. Výsledkem byly v místech ozařovaných laserem v transmisi světlé tečky a v reflexi tmavé, což značí, že byl materiál v místech ozářených laserem odpařen a struktura vytisknutá nebyla.Using the device 1 for nanoprinting prepared according to example 2 using a laser with a wavelength of 355 nm, structures with a square plan consisting of 100 columns in a 10*10 grid were printed by alternating deposition and exposure, see Fig. 5. The performance of the light beam 9 was optimized in the form of the laser beam for Ag nanoparticles 4. In the case of optimal performance, black points were obtained in the place of the columns in the transmission and white in the reflection, which proves that the columns were not formed by nanoparticles 4, but by molten bulk silver. The laser power was tripled for the negative control. As a result, there were bright spots in the transmission and dark spots in the areas irradiated by the laser, which means that the material in the areas irradiated by the laser was vaporized and the structure was not printed.

Příklad 5Example 5

Zařízení 1 bylo připravené dle příkladu 2, přičemž mezi plynně agregační zdroj 3 a vakuovou komoru 2 o objemu 0,05 m² byla vložena další agregační komora 6 ve tvaru 6cestného kříže o průměru přírub 10 cm, viz obr. 4. Plynně agregační zdroj 3 měl průměr 10 cm a obsahoval vložený planární magnetron 21 o ploše 45 cm² s instalovaným Ag terčem a se 4 mm výstupní štěrbinou 11. Planární magnetron 21 s instalovaným Ag terčem sloužil k přípravě jader 18 nanočástic 4 o objemu 1.000 nm³. Vložená agregační komora 6 byla vybavena druhým magnetronem 21 s Al terčem o stejné ploše a výstupní štěrbinou 11 o průměru 8 mm. Druhý magnetron 21 s instalovaným Al terčem sloužil k přípravě slupek 19 nanočástic 4 o celkovém objemu 1.500 nm³. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění byl celkový objem nanočástic do 1.000.000 nm³. Druhá výstupní štěrbina 11 zpomalovala proudění svazku nanočástic 4, zatímco magnetron 21 pokrýval jádra 18 nanočástic 4 tvořená v první agregační komoře 6. Tímto bylo možno připravit nanočástice 4 typu jádro-slupka, s tím, že jádro 18 nanočástic 4 mělo vyšší teplotu tání, než slupka 19 nanočástic 4. Díky světelnému svazku 9 v podobě laserového svazku, který byl kolimován fokusačním optickým členem 8 a vstupoval do vakuové komory 2 přes vstup světelného svazku 10 v podobě planparalelního skla, byl dále pohybován vůči substrátu 7 pomocí polohovatelných zrcátek 17, čímž bylo poté možno slévat nanočástice 4 tak, že jádra 18 nanočástic 4 zůstala beze změny a byly slity pouze slupky 19 nanočástic 4. Pomocí současné depozice tak byla vytisknuta struktura. Navíc bylo použito polohovací zařízení 12 v podobě XYZ stolku, který umožnil tisknout na větší plochu.The device 1 was prepared according to example 2, while between the gaseous aggregation source 3 and the vacuum chamber 2 with a volume of 0.05 m ² another aggregation chamber 6 in the shape of a 6-way cross with a flange diameter of 10 cm was inserted, see Fig. 4. Gaseous aggregation source 3 it had a diameter of 10 cm and contained an inserted planar magnetron 21 with an area of 45 cm ² with an installed Ag target and a 4 mm exit slit 11. The planar magnetron 21 with an installed Ag target was used to prepare the cores of 18 nanoparticles 4 with a volume of 1,000 nm ³ . The inserted aggregation chamber 6 was equipped with a second magnetron 21 with an Al target of the same area and an exit slot 11 with a diameter of 8 mm. The second magnetron 21 with an installed Al target was used to prepare shells 19 of nanoparticles 4 with a total volume of 1,500 nm ³ . In another embodiment, not shown, the total volume of nanoparticles was up to 1,000,000 nm ³ . The second outlet slot 11 slowed down the flow of the nanoparticle beam 4, while the magnetron 21 covered the cores 18 of the nanoparticles 4 formed in the first aggregation chamber 6. This made it possible to prepare core-shell nanoparticles 4, with the core 18 of the nanoparticles 4 having a higher melting temperature than shell 19 of nanoparticles 4. Thanks to the light beam 9 in the form of a laser beam, which was collimated by the focusing optical element 8 and entered the vacuum chamber 2 through the entrance of the light beam 10 in the form of plane-parallel glass, it was further moved relative to the substrate 7 by means of positionable mirrors 17, thereby then it is possible to fuse the nanoparticles 4 so that the cores 18 of the nanoparticles 4 remained unchanged and only the shells 19 of the nanoparticles 4 were fused. The structure was thus printed using simultaneous deposition. In addition, a positioning device 12 was used in the form of an XYZ table, which made it possible to print on a larger area.

- 7 CZ 36570 U1- 7 CZ 36570 U1

Příklad 6Example 6

Nejdříve byla připravena vakuová komora 2 zařízení 1 připravená dle příkladu 1. Plynně agregační zdroj 3 byl tvořen agregační komorou 6 o průměru 16 cm vybavené dvěma planámími 5 magnetrony 21 s plochou 20 cm² produkující nanočástice 4 složené z TiN jádra 18 obaleného ve slupce 19 z SiO2. Takto připravené nanočástice 4 měly objem 2.000 nm³. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění byl objem připravených nanočástic 4 do 1.000.000 nm³. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění byly produkovány nanočástice 4 obsahující prvky ze skupiny: stříbro, zlato, hliník, měď, zirkon, titan, nebo jejich slitiny. V jiném nezobrazeném příkladu 10 uskutečnění byla agregační komora 6 zužující se s horizontálním průřezem v rozmezí od 50 cm do 1 mm. Do agregační komory 6 byl přiveden inertní chladicí plyn a dusík pro případnou tvorbu nitridů s plazmonickými vlastnostmi vykazujícími lokalizovanou povrchovou plazmonovou rezonanci, zejména TiN a ZrN. Agregační komora 6 byla zakončena plně uzavíratelnou irisovou výstupní štěrbinou 11 s proměnným poloměrem do 100 cm. V tomto seskupení bylo možno 15 připravovat buď nanočástice 4 kovů nainstalovaných na magnetronech 21 nebo jejich slitiny. Do vakuové komory 2 byly poté zavedeny světelné svazky 9 v podobě laserových svazků odpovídající plazmonickým píkům nanočástic 4. Pomocí zapínání různých magnetronů 21 a laserových svazků šlo tímto způsobem pomocí střídavé depozice a expozice spékat nanočásticové vrstvy různých materiálů při jedné depozici.First, the vacuum chamber 2 of the device 1 prepared according to example 1 was prepared. The gaseous aggregation source 3 consisted of an aggregation chamber 6 with a diameter of 16 cm equipped with two planami 5 magnetrons 21 with an area of 20 cm ² producing nanoparticles 4 composed of a TiN core 18 wrapped in a shell 19 of SiO2. Nanoparticles 4 prepared in this way had a volume of 2,000 nm ³ . In another non-illustrated embodiment, the volume of prepared nanoparticles was 4 to 1,000,000 nm ³ . In another non-illustrated embodiment, nanoparticles 4 were produced containing elements from the group: silver, gold, aluminum, copper, zirconium, titanium, or their alloys. In another not shown embodiment 10, the aggregation chamber 6 was tapered with a horizontal cross-section ranging from 50 cm to 1 mm. An inert cooling gas and nitrogen were introduced into the aggregation chamber 6 for the possible formation of nitrides with plasmonic properties showing localized surface plasmon resonance, especially TiN and ZrN. The aggregation chamber 6 was terminated by a fully closable iris exit slit 11 with a variable radius of up to 100 cm. In this grouping, it was possible to prepare either nanoparticles 4 of metals installed on magnetrons 21 or their alloys. Light beams 9 in the form of laser beams corresponding to the plasmonic peaks of nanoparticles 4 were then introduced into the vacuum chamber 2. By switching on various magnetrons 21 and laser beams, it was possible to sinter nanoparticle layers of various materials in one deposition using alternating deposition and exposure.

Příklad 7Example 7

Na vakuovou komoru 2 zařízení 1 připraveného dle příkladu 1 byly nainstalovány dva plynně agregační zdroje 3 s magnetrony 21 tvořícími nanočástice 4 stříbra a mědi připravené dle 25 příkladu 2. Do vakuové komory 2 dle příkladu 1 byly přivedeny dva světelné zdroje 5. Jeden světelný zdroj 5 byl naladěný na plazmonický pík nanočástic 4 stříbra, a druhý světelný zdroj 5 byl naladěný na plazmonický pík nanočástic 4 mědi. Oba světelné zdroje 5, pracující na vlnových délkách 375 nm a 650 nm, byly nezávisle polohovány po substrátu 7 pomocí polohovacího zařízení 12 v podobě čtyř polohovatelných zrcátek 17 postavených mimo svazek nanočástic 4. 30 V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění byly použity místo polohovatelných zrcátek 17 akusto-optické modulátory 16 nebo piezoelektrická trubička měnící polohu optického vlákna vůči dalším členům optické soustavy a tím i místo expozice. Tímto způsobem byly vytvářeny vícemateriálové struktury pomocí laserového spékání jak současnou, tak střídavou depozicí.Two gas aggregation sources 3 with magnetrons 21 forming silver and copper nanoparticles 4 prepared according to example 2 were installed on the vacuum chamber 2 of the device 1 prepared according to example 1. Two light sources 5 were introduced into the vacuum chamber 2 according to example 1. One light source 5 was tuned to the plasmonic peak of silver nanoparticles 4, and the second light source 5 was tuned to the plasmonic peak of copper nanoparticles 4. Both light sources 5, operating at wavelengths of 375 nm and 650 nm, were independently positioned on the substrate 7 by means of a positioning device 12 in the form of four positionable mirrors 17 placed outside the beam of nanoparticles 4. 30 In another embodiment, not shown, acoustics were used instead of the positionable mirrors 17 -optical modulators 16 or a piezoelectric tube changing the position of the optical fiber relative to other members of the optical system and thus the exposure location. In this way, multi-material structures were created using laser sintering by both simultaneous and alternating deposition.

Příklad 8Example 8

Na vakuovou komoru 2 zařízení 1 připraveného dle příkladu 1 byl instalován plynně agregační zdroj 3 připravený dle příkladu 2. Tento plynně agregační zdroj 3 byl zakončen konvergentně divergentní tryskou o průměru 4 mm pro homogenizaci a fokusaci svazku nanočástic 4 stříbra tak, 40 aby byl svazek fokusován do otvoru 15 v parabolickém zrcátku 13 o průměru 2 až 5 mm. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění byla použita Lavalova tryska s průměrem 4 mm nebo soustava souosých štěrbin 11 o průměrech od 0,1 mm do 10 cm.On the vacuum chamber 2 of the device 1 prepared according to example 1, a gaseous aggregation source 3 prepared according to example 2 was installed. This gaseous aggregation source 3 was terminated by a convergent-divergent nozzle with a diameter of 4 mm for homogenization and focusing of a beam of silver nanoparticles 4 so that the beam was focused into the hole 15 in the parabolic mirror 13 with a diameter of 2 to 5 mm. In another, not shown, embodiment, a Laval nozzle with a diameter of 4 mm or a system of coaxial slits 11 with diameters from 0.1 mm to 10 cm was used.

Příklad 9Example 9

V rámci vakuové komory 2 zařízení 1 připravené dle příkladu 1 byl instalován plynně agregační zdroj 3 připravený dle příkladu 2 založený na planárním magnetronu 21 o průměru 7,62 cm. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění bylo v plynně agregačním zdroji 3 místo magnetronu 21 instalováno laserově ablační zařízení jako zdroj materiálu nebo vypařovací lodička 50 nebo dutá katoda. Plynně agregační zdroj 3 byl zakončen obdélníkovou výstupní štěrbinou 11 o velikosti 1 mm*10 mm, která byla přímo napojena na parabolické zrcátko 13 s otvorem 15 o stejném rozměru jako výstupní štěrbina 11. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění bylo použito rovinné zrcátko 14. Světelný svazek 9 v podobě laserového svazku byl posouván pomocí polohovatelného zrcátka 17 s piezoelektrickým posuvem ve jedné ose, zatímco substrát 7 byl 55 posunován mechanicky v druhé poloze.Within the vacuum chamber 2 of the device 1 prepared according to example 1, a gaseous aggregation source 3 prepared according to example 2 based on a planar magnetron 21 with a diameter of 7.62 cm was installed. In another non-illustrated embodiment, a laser ablation device as a source of material or an evaporation boat 50 or a hollow cathode was installed in the gas aggregation source 3 instead of the magnetron 21. The gas aggregation source 3 was terminated by a rectangular output slit 11 with a size of 1 mm*10 mm, which was directly connected to a parabolic mirror 13 with an opening 15 of the same size as the output slit 11. In another example of implementation, not shown, a planar mirror 14 was used. Light beam 9 in the form of a laser beam was moved using a positionable mirror 17 with piezoelectric displacement in one axis, while the substrate 7 was 55 moved mechanically in the other position.

- 8 CZ 36570 U1- 8 CZ 36570 U1

Příklad 10Example 10

V rámci vakuové komory 2 zařízení 1 připravené dle příkladu 1 byl instalován plynně agregační zdroj 3 připravený dle příkladu 2, viz obr. 3. V jiném nezobrazeném příkladu byl plynně agregační zdroj 6 založený na cylindrickém magnetronu 21 o ploše terče 100 cm². Místo skenování substrátem 7 bylo využito skenování laserovým svazkem, což bylo provedeno pomocí akustooptických modulátorů 16. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění byla použita polohovatelná zrcátka 17. Tento světelný svazek 9 byl poté zkolimován pomocí fokusačního optického členu 8 v podobě soustavy čoček uspořádaných vně vakuové komory 2. V jiném nezobrazeném příkladu byl svazek kolimován pomocí konkávního zrcátka s otvorem 15 pro svazek nanočástic 4. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění byl světelný svazek 9 kolimován soustavou čoček, a poté dopadal na rovinné zrcátko 14 o průměru 2,54 cm s otvorem 15 o průměru 5 mm. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění byl fokusační optický člen 8 v podobě soustavy čoček uspořádán uvnitř vakuové komory 2. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění byl světelný svazek 9 kolimován pomocí fokusačního optického členu 8 v podobě objektivu, a to vně vakuové komory 2. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění byl fokusační optický člen 8 v podobě objektivu uspořádán uvnitř vakuové komory 2. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění mělo parabolické zrcátko 13 průměr 5,08 cm a otvor 15 o velikosti 5 mm. V jiném nezobrazeném příkladu uskutečnění mělo parabolické zrcátko 13 plochu od 0,5 mm² do 5 m² a otvor 15 měl plochu od 1 pm² do 1 m².Within the vacuum chamber 2 of the device 1 prepared according to example 1, a gas aggregation source 3 prepared according to example 2 was installed, see Fig. 3. In another example, not shown, the gas aggregation source 6 was based on a cylindrical magnetron 21 with a target area of 100 cm ² . Instead of scanning the substrate 7, scanning with a laser beam was used, which was performed using acousto-optic modulators 16. In another, not shown, positionable mirrors 17 were used. This light beam 9 was then collimated using a focusing optical element 8 in the form of a system of lenses arranged outside the vacuum chamber 2 .In another example, not shown, the beam was collimated using a concave mirror with an aperture 15 for the nanoparticle beam 4. In another, not shown example embodiment, the light beam 9 was collimated by a lens array, and then incident on a 2.54 cm diameter planar mirror 14 with an aperture 15 of diameter 5 mm. In another non-illustrated embodiment, the focusing optical element 8 in the form of a lens system was arranged inside the vacuum chamber 2. In another non-illustrated embodiment, the light beam 9 was collimated using the focusing optical element 8 in the form of a lens, outside the vacuum chamber 2. In another non-illustrated example embodiment, the focusing optical member 8 in the form of a lens was arranged inside the vacuum chamber 2. In another embodiment, not shown, the parabolic mirror 13 had a diameter of 5.08 cm and an aperture 15 of 5 mm. In another embodiment, not shown, the parabolic mirror 13 had an area from 0.5 mm ² to 5 m ² and the opening 15 had an area from 1 pm ² to 1 m ² .

Příklad 11Example 11

Vakuová komora 2 zařízení 1 připravená dle příkladu 1 s plynně agregačním zdrojem 3 připraveným dle příkladu 2 byla vybavena planparalelním sklíčkem o průměru 5,08 cm pro průchod světelného svazku 9 v podobě laserového svazku, viz obr. 2. Laserový svazek byl veden nejdříve optickým vláknem a poté byl roztáhnut pomocí kolimátoru a byl veden volným prostorem kolmo na planparalelní sklíčko, skrz které procházel a dopadal na parabolické zrcátko 13 o průměru 5,08 cm uvnitř vakuové komory 2, čímž byl zaostřen na expoziční oblast 20 substrátu 7, na kterou byly nadeponovány titanové nanočástice 4 v jedné monovrstvě. Poté, co byly nanočástice 4 exponovány, tak byla nadeponována další monovrstva titanových nanočástic 4. Tento postup byl opakován, dokud touto střídavou depozicí nebyl vytvořen celý výrobek z titanu.The vacuum chamber 2 of the device 1 prepared according to example 1 with the gaseous aggregation source 3 prepared according to example 2 was equipped with a plane-parallel glass with a diameter of 5.08 cm for the passage of the light beam 9 in the form of a laser beam, see Fig. 2. The laser beam was first guided by an optical fiber and then it was expanded by means of a collimator and was guided through the free space perpendicular to the plane-parallel slide, through which it passed and hit the parabolic mirror 13 with a diameter of 5.08 cm inside the vacuum chamber 2, thereby focusing it on the exposure area 20 of the substrate 7, on which they were deposited titanium nanoparticles 4 in one monolayer. After the nanoparticles 4 were exposed, another monolayer of titanium nanoparticles 4 was deposited. This procedure was repeated until the entire titanium product was formed by this alternating deposition.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Způsob nanotisku z nanočástic a zařízení pro nanotisk z nanočástic podle tohoto technického řešení lze využít zejména pro prototypování a výrobu kovových objektů na škále mezi litografickými technikami a technikami SLM tisku z mikroprášků.The method of nanoprinting from nanoparticles and the device for nanoprinting from nanoparticles according to this technical solution can be used especially for the prototyping and production of metal objects on a scale between lithographic techniques and SLM techniques of micropowder printing.

Claims (15)

NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION CLAIMS 1. Zařízení (1) pro nanotisk z nanočástic (4) na substrát (7) zahrnující alespoň jednu vakuovou komoru (2) pro umístění substrátu (7) a pro depozici nanočástic (4) na substrát (7), a dále zahrnující alespoň jeden světelný zdroj (5) generující světelný svazek (9) pro selektivní slévání nanočástic (4), vyznačující se tím, že dále zahrnuje plynně agregační zdroj (3) nanočástic (4), ústící výstupní štěrbinou (11) pro usměrnění svazku nanočástic (4) do vakuové komory (2) a k substrátu (7), a alespoň jeden fokusační optický člen (8) pro zaostření světelného svazku (9) na expoziční oblast (20) ležící v rovině povrchu substrátu (7) s nanočásticemi (4), a dále zahrnuje alespoň jedno polohovací zařízení (12) pro změnu vzájemné polohy substrátu (7) a světelného svazku (9) alespoň ve dvou osách v rovině protínané světelným svazkem (9) ve vakuové komoře (2).1. Device (1) for nanoprinting of nanoparticles (4) on a substrate (7) comprising at least one vacuum chamber (2) for placing the substrate (7) and for depositing nanoparticles (4) on the substrate (7), and further comprising at least one a light source (5) generating a light beam (9) for selective fusion of nanoparticles (4), characterized in that it further includes a gaseous aggregation source (3) of nanoparticles (4), opening through an exit slit (11) for directing the beam of nanoparticles (4) to the vacuum chamber (2) and to the substrate (7), and at least one focusing optical element (8) for focusing the light beam (9) on the exposure area (20) lying in the plane of the surface of the substrate (7) with the nanoparticles (4), and further includes at least one positioning device (12) for changing the relative position of the substrate (7) and the light beam (9) in at least two axes in the plane intersected by the light beam (9) in the vacuum chamber (2). 2. Zařízení (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň jeden fokusační optický člen (8) pro zaostření světelného svazku (9) na expoziční oblast (20) je tvořen zrcátkem s otvorem (15) pro přivádění nanočástic (4) k substrátu (7).2. Device (1) according to claim 1, characterized in that at least one focusing optical element (8) for focusing the light beam (9) on the exposure area (20) is formed by a mirror with an opening (15) for introducing nanoparticles (4) to the substrate (7). 3. Zařízení (1) podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vstup (10) světelného svazku (9) je uspořádán uvnitř vakuové komory (2).3. Device (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the entrance (10) of the light beam (9) is arranged inside the vacuum chamber (2). 4. Zařízení (1) podle nároku 3, vyznačující se tím, že vstupem (10) světelného svazku (9) do vakuové komory (2) je optické vlákno.4. Device (1) according to claim 3, characterized in that the entrance (10) of the light beam (9) into the vacuum chamber (2) is an optical fiber. 5. Zařízení (1) podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vstup (10) světelného svazku (9) je uspořádán vně vakuové komory (2).5. Device (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the entrance (10) of the light beam (9) is arranged outside the vacuum chamber (2). 6. Zařízení (1) podle nároku 5, vyznačující se tím, že vstupem (10) světelného svazku (9) do vakuové komory (2) je planparalelní sklíčko.6. Device (1) according to claim 5, characterized in that the entrance (10) of the light beam (9) into the vacuum chamber (2) is a plane-parallel slide. 7. Zařízení (1) podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že světelným svazkem (9) je laserový svazek.7. Device (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the light beam (9) is a laser beam. 8. Zařízení (1) podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že vlnová délka světelného svazku (9) je v oblasti zvýšené adsorpce světla vyvolané lokalizovanou povrchovou plazmonovou rezonancí nanočástic (4) v expoziční oblasti (20) na povrchu substrátu (7).8. Device (1) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the wavelength of the light beam (9) is in the region of increased light adsorption caused by the localized surface plasmon resonance of the nanoparticles (4) in the exposure region (20) on the surface of the substrate (7). 9. Zařízení (1) podle některého z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že fokusační optický člen (8) je tvořen parabolickým zrcátkem (13) a/nebo rovinným zrcátkem (14) a/nebo konkávním zrcátkem a/nebo objektivem a/nebo soustavou čoček uspořádanými uvnitř vakuové komory (2).9. The device (1) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the focusing optical element (8) consists of a parabolic mirror (13) and/or a plane mirror (14) and/or a concave mirror and/or a lens and /or by a system of lenses arranged inside the vacuum chamber (2). - 10 CZ 36570 U1 polohovatelným optickým vláknem, a/nebo alespoň jednou polohovatelnou čočkou, měnícím směr světelného svazku (9) a/nebo mechanickým posuvem substrátu (7) měnícím polohu substrátu (7) vůči pozici světelného svazku (9) a nebo jejich kombinací.- 10 CZ 36570 U1 positionable optical fiber, and/or at least one positionable lens, changing the direction of the light beam (9) and/or mechanical displacement of the substrate (7) changing the position of the substrate (7) relative to the position of the light beam (9) and/or a combination thereof . 10. Zařízení (1) podle některého z nároků 1 až 8, vyznačující se tím, že fokusační optický člen (8) je tvořen parabolickým zrcátkem (13) a/nebo rovinným zrcátkem (14) a/nebo konkávním zrcátkem, a/nebo objektivem a/nebo soustavou čoček uspořádaným vně vakuové komory (2).10. Device (1) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the focusing optical element (8) is formed by a parabolic mirror (13) and/or a plane mirror (14) and/or a concave mirror, and/or a lens and/or a system of lenses arranged outside the vacuum chamber (2). 11. Zařízení (1) podle nároku 9 nebo 10, vyznačující se tím, že parabolické zrcátko (13) a/nebo rovinné zrcátko (14) a/nebo konkávní zrcátko má plochu od 0,5 mm² do 5 m² a otvor (15) v jeho středu má plochu od 1 pm² do 1 m².11. Device (1) according to claim 9 or 10, characterized in that the parabolic mirror (13) and/or the planar mirror (14) and/or the concave mirror has an area from 0.5 mm ² to 5 m ² and an opening ( 15) in its center has an area from 1 pm ² to 1 m ² . 12. Zařízení (1) podle některého z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že alespoň jedna výstupní štěrbina (11) plynně agregačního zdroje (3) má tvar konvergentně-divergentní trysky pro zvýšení homogenity svazku nanočástic (4) a/nebo Lavalovy trysky a/nebo soustavy štěrbin o velikosti od 0,1 mm do 10 cm.12. Device (1) according to one of claims 1 to 11, characterized in that at least one outlet slot (11) of the gaseous aggregation source (3) has the shape of a convergent-divergent nozzle for increasing the homogeneity of the nanoparticle bundle (4) and/or Laval nozzles and/or systems of slits ranging in size from 0.1 mm to 10 cm. 13. Zařízení (1) podle některého z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že polohovací zařízení (12) pro změnu vzájemné polohy substrátu (7) a světelného svazku (9) je tvořeno alespoň jedním akustooptickým modulátorem (16) a/nebo alespoň jedním polohovatelným zrcátkem (17) a/nebo 13. Device (1) according to one of claims 1 to 12, characterized in that the positioning device (12) for changing the relative position of the substrate (7) and the light beam (9) consists of at least one acousto-optic modulator (16) and/or at least one adjustable mirror (17) and/or 14. Zařízení (1) podle některého z nároků 1 až 13, vyznačující se tím, že plynně agregační zdroj 5 (3) nanočástic (4) sestává z alespoň jednoho magnetronu (21) a/nebo alespoň jedné vypařovací lodičky a/nebo alespoň jednoho laserově ablačního zařízení, a/nebo duté katody jako zdroje materiálu pro tvorbu nanočástic (4).14. Device (1) according to one of claims 1 to 13, characterized in that the gaseous aggregation source 5 (3) of nanoparticles (4) consists of at least one magnetron (21) and/or at least one evaporation boat and/or at least one laser ablation device, and/or hollow cathode as a source of material for the formation of nanoparticles (4). 15. Zařízení (1) podle některého z nároků 1 až 14, vyznačující se tím, že nanočástice (4) jsou tvořeny materiálem ze skupiny: stříbro, zlato, hliník, měď, zirkon nitrid, titan nitrid a/nebo jejich 10 slitiny.15. Device (1) according to one of claims 1 to 14, characterized in that the nanoparticles (4) are made of a material from the group: silver, gold, aluminum, copper, zirconium nitride, titanium nitride and/or their alloys. 16. Zařízení (1) podle některého z nároků 1 až 15, vyznačující se tím, že průměrný objem nanočástic (4) je 1 000 000 nm³.16. Device (1) according to one of claims 1 to 15, characterized in that the average volume of nanoparticles (4) is 1,000,000 nm ³ . 17. Zařízení (1) podle některého z nároků 1 až 16, vyznačující se tím, že nanočástice (4) jsou tvořeny z jádra (18) nanočástic (4) a slupky (19) nanočástic (4).17. Device (1) according to one of claims 1 to 16, characterized in that the nanoparticles (4) are formed from a core (18) of nanoparticles (4) and a shell (19) of nanoparticles (4). 15 18. Zařízení (1) podle nároku 17, vyznačující se tím, že teplota tání slupky (19) nanočástic (4) je nižší než teplota tání jádra (18) nanočástic (4).15 18. Device (1) according to claim 17, characterized in that the melting temperature of the shell (19) of the nanoparticles (4) is lower than the melting temperature of the core (18) of the nanoparticles (4).