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纳米级金属3D打印阵列登上Nature!

三维-小维尼
2021-04-07 14:01:02

3D打印,已经彻底改变了电子、光学、能源、机器人、生物工程和传感等领域的制造工艺。

缩小尺寸的3D打印技术,将使利用微结构和纳米结构特性的应用化为可能。然而,现有的金属3D纳米打印技术需要聚合物-金属混合物、金属盐或流变性油墨,这限制了材料的选择和最终结构的纯度。

而气溶胶光刻技术(Aerosol lithography),以前虽然曾被用于在预先模压的衬底上并组装出了高纯度的3D金属纳米结构阵列,其打印出来的几何形状却是非常有限的。

研究人员们介绍了一种直接3D打印金属纳米结构阵列的技术,这种金属纳米结构具有灵活的几何形状和特征大小,可达数百纳米,并且可广泛使用各种材料。 

这一打印过程发生在干燥的空气环境中,不需要聚合物或油墨。相反,离子和带电荷的气溶胶粒子被引导到一个包含一组空穴的介电掩膜上,这些空穴漂浮在偏置硅衬底上。

这些离子聚集在每个洞周围,产生静电透镜(electrostatic lenses),将带电的气溶胶粒子聚焦成纳米级喷射。这些射流由在含孔掩模下形成的聚合电场线引导,其作用类似于传统3D打印机的喷嘴,使气溶胶颗粒能够3D打印到硅基板上。

通过在打印过程中移动衬底,他们成功地打印出了各种3D结构,包括螺旋、悬垂的纳米管、圆环结构和字母。实验中,可打印结构的宽度要比孔的尺寸小得多,可以通过在3D空间中平移纳米台来操纵要打印物体的结构。

此外,为了展示这一技术的潜在应用,研究人员们打印了一组与磁场相互作用的垂直裂环谐振器结构。尖端定向生长和表面刻写的结合产生了间隔为9.2 μm的垂直SRR阵列。垂直SRR的激发,称为磁共振,通过反射光谱测量和模拟得到证实。

与其他3D打印方法相结合,研究人员们希望3D-纳米打印技术能够在纳米制造方面取得实质性进展。近期,他们的研究成果以“Three-dimensional nanoprinting via charged aerosol jets”为题,发表在《自然》(Nature)杂志上。

原论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-021-03353-1

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