10 يناير 2024
(أضواء Nanowerk) لطالما أغرى التحكم في الضوء على المستوى النانوي الباحثين الذين يسعون إلى استغلال ظاهرة ميكانيكية كمومية غريبة تسمى رنين البلازمون السطحي الموضعي (LSPR). عندما يتفاعل الضوء مع المعدن النانوية (NPs) أصغر بكثير من الطول الموجي، تحدث العديد من الأشياء الرائعة. يتم ضغط الطاقة في نقاط ساخنة نانومترية، وترقص الإلكترونات بشكل جماعي على ترددات الرنين، وتتكثف المجالات البصرية بشكل كبير - مما يفتح إمكانيات جديدة للتقنيات القائمة على الضوء.
ومع ذلك، لا يزال التقدم بطيئًا بسبب عدم وجود طرق لبناء هياكل NP ثلاثية الأبعاد معقدة تستغل LSPR بشكل كامل. يتمثل التحدي الدائم في إيجاد طرق بسيطة وقابلة للتطوير لتكديس NPs عموديًا مع الحفاظ على التحكم الدقيق في التركيب والهندسة المعمارية. يمكن لتقنيات التجميع الذاتي أن تنمو مجموعات NP تلقائيًا، لكن أساليب الكيمياء التقليدية تكافح من أجل إنشاء أشكال هندسية متخصصة أو تحديد موضع الجسيمات بشكل متعمد.
لا يمكن للطرق التي تعتمد على تدرجات الواجهة الصلبة والسائلة الاستفادة من التجميع الذاتي للجسيمات إلا في بُعد واحد أو بعدين. نجحت أساليب الطباعة ثلاثية الأبعاد الحديثة الموجهة بالقالب في بناء شبكات بلازمونية فائقة يبلغ طولها سنتيمترات. ومع ذلك، فإنهم يكافحون من أجل إنشاء مجموعات صغيرة من تصميمات الأعمدة المخصصة اللازمة للتكرار هندسة النانو.
هناك أيضًا مقايضة بين تعقيد الأنماط والتوحيد واسع النطاق نظرًا لأن الهياكل النانوية لا تزال تنمو عبر منطقة تبخر واسعة النطاق بدلاً من منطقة محصورة. وهذا يؤدي إلى تحديات عملية لترجمة الابتكارات المعملية بكفاءة إلى وحدات متخصصة وأجهزة نانوية.
الإبلاغ عن النتائج التي توصلوا إليها في صغير ("قلم النافورة النانوية لكتابة البنى البلازمونية الهجينة")، قام فريق متعدد التخصصات من المهندسين والعلماء من كوريا الجنوبية بتطوير استراتيجية إبداعية لطباعة "أعمدة غروانية" متنوعة قائمة بذاتها ثلاثية الأبعاد مصنوعة من مجموعات NP مصممة خصيصًا. لقد قاموا ببناء أقلام حبر متخصصة تعمل على موازنة التدفق الشعري وتبخر المذيبات لتوجيه التجميع الذاتي السائل لمعلقات NP - مما يؤدي بشكل أساسي إلى توجيه التنظيم المستقل للمادة من خلال الفيزياء.
كتابة مستوحاة من قلم الحبر على مقاييس ميكرومترية. أ) مخطط الكتابة باستخدام قلم حبر. ب) قلم حبر متناهية الصغر للحبر المشتت NP. يمثل شريط المقياس 5 ميكرومتر. ج) مخطط التجميع الغرواني الذي يشبه النقطة. د) نص بحجم ميكرومتر مكتوب بواسطة التجميع الغروي (يسار) وصورة SEM لهيكل نصف كعكة (يمين). تمثل أشرطة مقياس الصور اليمنى واليسرى 50 و1 ميكرومتر، على التوالي. ه) مخطط التجميع الغروي ثلاثي الأبعاد. و ) تجميعات غروانية ثلاثية الأبعاد متنوعة (يسار) وتعبئة NP (يمين). يمثل شريط المقياس 3 ميكرومتر (أسود) و3 ميكرومتر (أبيض). (أعيد طبعها بإذن من وايلي-VCH Verlag)
يسمح هذا الإنجاز بضبط الخصائص البصرية والهيكلية للأعمدة دون الميكرونية بدقة عن طريق مزج أحجام الجسيمات والمواد النانوية. وكدليل على المفهوم، أظهر الباحثون مشغلات NP/المواد الحيوية المستجيبة للرطوبة. ينشئ هذا التقدم الأساسي منصة متعددة الاستخدامات ويمكن الوصول إليها لتصميم البلازمونيك المخصص المواد الخام.
تسمح تقنية معالجة الحلول منخفضة التكلفة وعالية الإنتاجية بضبط الخصائص البصرية عن طريق مزج أحجام الجسيمات والمواد داخل عمود واحد. يعرض الباحثون التطبيقات المحتملة مثل المحركات النانوية المستجيبة للرطوبة. ينشئ التقدم منصة متعددة الاستخدامات للغاية لتصنيع هياكل بلازمونية ثلاثية الأبعاد مخصصة لها النانووأجهزة التحفيز الضوئي وأجهزة النانو.
يكمن الابتكار الرئيسي في تقليص وإعادة تصور الآليات الأساسية لقلم الحبر. على المستوى العياني، تعتمد أقلام الحبر على الحبر الرطب الذي يتم توفيره بشكل مستمر بينما يتبخر المذيب على الورق. صمم فريق البحث أنبوبًا زجاجيًا دقيقًا مدببًا يحاكي عملية الكتابة هذه على المستوى المجهري.
عند غمسه في حبر NP الغروي، يشكل طرف الأنبوب الضيق جسرًا شعريًا متبخرًا يبلغ عرضه بضعة ميكرونات فقط. وبينما يتجمع الحبر ذاتيًا في هذه الواجهة الصغيرة، يمكن للباحثين سحب ركائز تتراوح من المجالات المعبأة سداسية إلى الهياكل النانوية الحلزونية. يؤدي تغيير تركيز الجسيمات في الحبر أو خلط محلولين مختلفين من NP إلى تمكين الضبط الدقيق للبنيات ثلاثية الأبعاد.
على سبيل المثال، الجمع بين 3 نانومتر من الذهب (AuNPs) مع 80 نانومتر أصغر من AuNPs يعزز بشكل كبير الحد الأقصى لارتفاع العمود. يحدث هذا لأن التجميع المسامي النانوي يسمح بارتفاع السائل الشعري داخل الدعامة ثلاثية الأبعاد، مما يزيد من مساحة التبخر لتجديد تدفق الحبر. ونتيجة لذلك، لم تعد سرعة النمو محدودة بالانتشار من الجسر الشعري المتناقص.
يوفر التحليل النظري للفريق معادلات تتعلق بمعلمات التصنيع مثل الرطوبة وكثافة الجسيمات بمعدلات توسع الأعمدة المقاسة تجريبيًا. سيكون هذا المستوى من الرؤية الكمية لا يقدر بثمن لأولئك الذين يتطلعون إلى تكييف التقنية لتطبيقات محددة.
وكدليل على المفهوم، أظهر الباحثون مجموعة متنوعة من قابلية الضبط البصري باستخدام NFP. أدى خلط AuNPs و NPs الفضية إلى إنتاج أشكال نصف دونات ذاتية التجميع بتركيبة موزعة بالتساوي. أنتجت النسب المتغيرة من AuNPs الصغيرة والكبيرة هياكل نانوية أعمدة تظهر خصائص امتصاص الضوء الخاضعة للرقابة.
قام الفريق بطباعة أعمدة "جانوس" غير المتناظرة باستخدام حبر NP على جانب واحد وحبر بيولوجي وظيفي يحتوي على عاثيات M20 الشبيهة بالقضيب على الجانب الآخر. أدت استجابة M3 لتدرجات الرطوبة إلى حركات انحناء عكسية، مما أدى بشكل أساسي إلى إنشاء مشغلات مصغرة مدفوعة بالرطوبة من الأعمدة ذات الوجهين.
النمو العمودي للكتلة الغروية الثنائية. أ) سلسلة من الصور المجهرية الضوئية التي توضح النمو الرأسي للكتلة الغروية الثنائية. يمثل شريط النطاق 50 ميكرومتر. ب) سرعات النمو المتاحة على أساس حل AuNP 80 نانومتر. ج) سرعات النمو المتاحة على أساس محلول AuNP 20 نانومتر الممزوج مع 2 جسيمات = fL من محلول AuNP 80 نانومتر. د) صور SEM للأعمدة الدقيقة التي تحمل علامة I و II و III و IV في (ج). يمثل شريط المقياس 10 ميكرون. هـ) صور SEM للبنى النانوية للأعمدة الدقيقة التي تحمل علامة I و II و III في (د). يمثل شريط المقياس 200 نانومتر. و ) صورة FESEM للعمود الدقيق المضروب باستخدام FIB. يمثل شريط المقياس 5 ميكرومتر. ز) صورة FESEM للمقطع العرضي للعمود الدقيق المكون من تركيبة مفردة (يسار) وثنائية (يمين). يمثل شريط المقياس 200 نانومتر. (أعيد طبعها بإذن من وايلي-VCH Verlag)
وهذا يحفز الأفكار لتصنيع آلات غروانية أكثر تعقيدًا من خلال دمج أنواع مختلفة المواد متناهية الصغرأو المحفزات أو البروتينات داخل عمود واحد مطبوع ثلاثي الأبعاد. يسلط اتساع الاحتمالات الضوء على كيف أن مفهوم الكتابة على الورق البسيط والخادع للباحثين يوسع بشكل أساسي مجموعة الأدوات الخاصة بهندسة النانو المتقدمة.
تتغلب منهجية قلم النافورة التبخيرية أيضًا على القيود التي تعيق استراتيجيات التصنيع البديلة. لا يمكن للطرق التي تعتمد على تدرجات الواجهة الصلبة والسائلة الاستفادة من التجميع الذاتي للجسيمات إلا في بُعد واحد أو بعدين. نجحت أساليب الطباعة ثلاثية الأبعاد الحديثة الموجهة بالقالب في بناء شبكات بلازمونية فائقة يبلغ طولها سنتيمترات. ومع ذلك، فإنهم يكافحون لإنشاء مجموعات صغيرة من تصميمات الأعمدة المخصصة اللازمة لهندسة النانو التكرارية.
هناك أيضًا مقايضة بين تعقيد الأنماط والتوحيد واسع النطاق نظرًا لأن الهياكل النانوية لا تزال تنمو عبر منطقة تبخر واسعة النطاق بدلاً من منطقة محصورة. وهذا يؤدي إلى تحديات عملية لترجمة الابتكارات المعملية بكفاءة إلى وحدات متخصصة وأجهزة نانوية.
تعمل تقنية NFP المبلغ عنها بشكل أساسي كطابعة ثلاثية الأبعاد متقلصة ولكن مع تجميع موجه بشكل طبيعي بدلاً من التجميع المفروض خارجيًا. إن توطين كل شيء على الواجهة المجهرية بين السطح وطرف القلم يتيح تحكمًا مكانيًا زمانيًا رائعًا دون فقدان قابلية التوسع.
إن القدرة الناتجة على تغيير المعلمات بشكل مستمر في منتصف التصنيع وبناء أعمدة غير متجانسة بعرض أقل من 10 ميكرون تفتح آفاقًا جديدة للنماذج النانوية السريعة. يمكن للمرء أن يتصور العلماء وهم يصممون هياكل NP مخصصة بسرعة لتحقيق أهداف الأداء أو لخدمة أغراض مختلفة ضمن نظام نانوي متكامل.
توفر هذه الدراسة المتقدمة قاعدة قوية للعديد من الاتجاهات المثيرة. تستلزم المرحلة التالية التوسع في المزيد من أنواع الجسيمات النانوية والأحبار مع مجموعة واسعة من الوظائف التي تتجاوز علم البلازمونات. ويجب على الباحثين أيضًا تحسين سرعة الطباعة، واستقرار البنية، وأحجام الواجهة لتجاوز الحدود.
وهناك مهمة حاسمة أخرى تتمثل في دراسة الركائز البديلة نظرًا لأن الاعتماد الحالي على رقائق السيليكا يشكل تحديات لدمج الهياكل النانوية داخل الأجهزة أو على الأسطح غير المستوية. أخيرًا، يمكن أن يؤدي استكشاف هندسة المكامن أو تقنيات القلم المتعدد إلى توسيع نطاق التعقيد التركيبي القابل للضبط للتجميع الغروي ثلاثي الأبعاد.
تمثل منهجية قلم الحبر التي ابتكرها الباحثون تقدمًا محوريًا في التصنيع النانوي، حيث تجمع بين المزايا المتنوعة للتجميع الموجه وقابلية التوسع في التجميع الذاتي. تعمل هذه الدراسة بشكل أساسي على تحويل قلم التجفيف اليومي إلى منصة نانوية قوية ويمكن الوصول إليها بسهولة.
يمكن أن تكون التقنية المذكورة بمثابة جسر مثالي بين أبحاث علم النانو وتطوير التكنولوجيا في العالم الحقيقي. تعمل القدرة على اختبار تركيبات وأشكال هندسية واسعة النطاق للبنية النانوية على تسهيل إنشاء النماذج الأولية السريعة لتحسين التصميمات للتطبيقات المستهدفة. وفي الوقت نفسه، تسمح الفيزياء التي يمكن التنبؤ بها والمقتصرة على واجهة صغيرة بتوسيع نطاق الإنتاج الضخم بشكل مباشر.
يمكن أن تكون التأثيرات التجارية والمجتمعية عميقة حيث يستغل الباحثون إمكانية تعميم هذا النهج عبر القطاعات. على الجبهة الطبية الحيوية، يمكن للهياكل النانوية ثلاثية الأبعاد المخصصة للحمض النووي أن تمكن من توصيل الأدوية المستهدفة أو ترنسفكأيشن خلية واحدة. يمكن للأعمدة البلازمونية ذات الرنين البصري القابل للبرمجة أن تشكل الأساس لمنصات الكشف الجزيئي فائقة الحساسية. قد تؤدي المواد الفوقية المختلطة والمطابقة باستخدام هذه التقنية إلى تحسين العمليات التحفيزية وأنظمة تحويل الطاقة.
وبالنظر إلى المستقبل، تكثر الإمكانيات لدمج الطباعة متعددة المواد، وأحبار الجسيمات النانوية الوظيفية، والأنماط ثلاثية الأبعاد على الأسطح غير المستوية - مما يزيد من تعقيد التصميم إلى حد كبير.
By
مايكل
بيرجر
- مايكل مؤلف لثلاثة كتب للجمعية الملكية للكيمياء:
جمعية النانو: دفع حدود التكنولوجيا,
تقنية النانو: المستقبل صغيرو
هندسة النانو: المهارات والأدوات التي تجعل التكنولوجيا غير مرئية
حقوق الطبع والنشر ©
نانويرك ذ
كن مؤلفًا ضيفًا في Spotlight! انضم إلى مجموعتنا الكبيرة والمتنامية من المساهمين الضيوف. هل نشرت للتو ورقة علمية أو لديك تطورات أخرى مثيرة لمشاركتها مع مجتمع تكنولوجيا النانو؟ إليك كيفية النشر على nanowerk.com.
- محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
- أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
- أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
- أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
- المصدر https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64376.php
- :لديها
- :يكون
- :أين
- $ UP
- 1
- 10
- 20
- 31
- 32
- 3d
- الطباعة 3D
- 50
- 7
- 8
- 80
- 9
- a
- يمكن الوصول
- في
- تكيف
- تقدم
- متقدم
- تقدم
- مزايا
- قدما
- يسمح
- أيضا
- البديل
- an
- تحليل
- و
- آخر
- التطبيقات
- نهج
- اقتراب
- هندسة معمارية
- المنطقة
- مجموعة
- AS
- جمعية
- At
- المؤلفة
- مستقل
- متاح
- b
- الى الخلف
- الرصيد
- شريط
- الحانات
- قاعدة
- على أساس
- الأساسية
- أساس
- BE
- لان
- يجري
- بيرجر
- ما بين
- Beyond
- الطبية الحيوية
- اسود
- فارغة
- كُتُب
- يعزز
- الحدود
- سعة
- اختراق
- BRIDGE
- توسيع
- نساعدك في بناء
- بنيت
- لكن
- by
- تسمى
- CAN
- لا تستطيع
- الطاقة الإنتاجية
- المحفزات
- الخلية
- مركز
- تحدى
- التحديات
- متغير
- كيمياء
- كتلة
- جماعي
- تركيبات
- الجمع بين
- تجاري
- مجتمع
- مجمع
- تعقيد
- تتألف
- تركيب
- من التركيز
- مفهوم
- بناء
- بشكل متواصل
- مراقبة
- ذو شاهد
- السيطرة
- تحويل
- استطاع
- خلق
- خلق
- الإبداع
- حرج
- عبر
- حالياًّ
- على
- حسب الطلب
- رقص
- التاريخ
- التوصيل
- شرح
- تظاهر
- كثافة
- تصميم
- تصميم
- تصميم
- تصاميم
- كشف
- المتقدمة
- التطوير التجاري
- التطورات
- الأجهزة
- مختلف
- التوزيع
- الأبعاد
- تناقص
- مباشرة
- توجه
- الاتجاهات
- اكتشاف
- مشتت
- وزعت
- عدة
- إلى أسفل
- عقار
- توصيل المخدرات
- e
- بكفاءة
- الإلكترونات
- تمكين
- تمكن
- التي لا نهاية لها
- مستمر
- طاقة
- الهندسة
- المهندسين
- تعزيز
- تصور
- معادلات
- أساسيا
- يؤسس
- حتى
- بالتساوي
- كل يوم
- كل شىء
- مثال
- المثيره
- نستعرض
- توسيع
- توسع
- توسع
- استغلال
- استكشاف
- أضعافا مضاعفة
- رائعة
- واسع
- خارجيا
- جدا
- يسهل
- بعيدا
- قليل
- مجال
- أخيرا
- العثور على
- النتائج
- تدفق
- مائع
- في حالة
- القوات
- النموذج المرفق
- أشكال
- نافورة
- تبدأ من
- جبهة
- تماما
- وظيفي
- وظائف
- وظائف
- أساسي
- في الأساس
- إضافي
- مستقبل
- GIF
- زجاج
- ذهبي
- التدرجات
- الرائد
- تجمع
- النمو
- متزايد
- التسويق
- ضيف
- موجه
- توجيه
- يحدث
- ظفيرة
- تسخير
- يملك
- ارتفاع
- ويبرز
- عقد
- آفاق
- كيفية
- كيفية
- لكن
- HTTPS
- مهجنة
- i
- المثالي
- الأفكار
- if
- ii
- ثالثا
- صورة
- صور
- الآثار
- مفروض
- in
- دمج
- في ازدياد
- الابتكار
- تبصر
- المتكاملة
- دمج
- يتفاعل
- السطح البيني
- إلى
- معقد
- نفيس
- يخترع
- انها
- الانضمام
- JPG
- م
- القفل
- كوريا
- نقص
- كبير
- على نطاق واسع
- القانون
- قيادة
- يؤدي
- اليسار
- أقل
- مستوى
- الرافعة المالية
- يكمن
- ضوء
- مثل
- القيود
- محدود
- لينكدين:
- شعار
- طويل
- يعد
- أبحث
- فقدان
- منخفضة التكلفة
- الآلات
- صنع
- المحافظة
- جعل
- القيام ب
- تصنيع
- كثير
- ملحوظ
- كتلة
- المواد
- أمر
- أقصى
- مايو..
- في غضون
- قياس
- ميكانيكي
- علم الميكانيكا
- تعرف علي
- المواد الخام
- طريقة
- آلية العمل
- طرق
- مايكل
- وسط
- مختلط
- خلط
- الوحدات
- جزيئي
- الأكثر من ذلك
- الاقتراحات
- يجب
- الاسم
- المواد النانوية
- علم النانو
- تكنولوجيا النانو
- بحاجة
- جديد
- آفاق جديدة
- التالي
- قائمة الرواتب
- لا
- حدث
- of
- on
- ONE
- فقط
- افتتاح
- الأمثل
- or
- منظمة
- أخرى
- لنا
- خارج
- على مدى
- الخاصة
- موضب
- ورق
- نموذج
- المعلمات
- جسيم
- نمط
- أداء
- إذن
- مرحلة جديدة
- ظاهرة
- PHP
- فيزياء
- دعامة
- أعمدة
- محوري
- المنصة
- منصات التداول
- أفلاطون
- الذكاء افلاطون البيانات
- أفلاطون داتا
- يطرح
- ان يرتفع المركز
- إمكانيات
- محتمل
- قوي
- عملية
- حاجة
- على وجه التحديد
- قابل للتنبؤ
- طباعة
- الطباعة
- عملية المعالجة
- العمليات
- معالجة
- أنتج
- الإنتــاج
- عميق
- برمجة
- التقدّم
- دليل
- دليل على المفهوم
- HAS
- البروتينات
- النماذج
- ويوفر
- نشر
- نشرت
- الناشر
- أغراض
- دفع
- دفع
- كمي
- كمية
- تتراوح
- سريع
- الأجور
- بدلا
- العالم الحقيقي
- الأخيرة
- إعادة تخيل
- اعتماد
- اعتمد
- بقايا
- لافت للنظر
- وذكرت
- التقارير
- مثل
- يمثل
- بحث
- الباحثين
- صدى
- على التوالي
- نتيجة
- مما أدى
- حق
- ارتفاع
- ملكي
- s
- التدرجية
- تحجيم
- حجم
- النطاقات
- التحجيم
- مخطط
- علمي
- العلماء
- القسم
- قطاعات
- تسعى
- ووزارة شؤون المرأة
- مسلسلات
- خدمة
- عدة
- الأشكال
- مشاركة
- نقل
- عرض
- تبين
- جانب
- بشكل ملحوظ
- فضي
- الاشارات
- منذ
- عزباء
- الأحجام
- مهارات
- صغير
- الأصغر
- مجتمعي
- جاليات
- حل
- الحلول
- جنوب
- كوريا الجنوبية
- متخصص
- محدد
- سرعة
- بسرعة
- ابحث
- استقرار
- التراص
- موحدة
- لا يزال
- يحفز
- صريح
- غريب
- استراتيجيات
- الإستراتيجيات
- قوي
- الهيكلي
- بناء
- الهياكل
- النضال
- دراسة
- بنجاح
- هذه
- زودت
- المساحة
- تعليق
- أنظمة
- تناسب
- الهدف
- المستهدفة
- الأهداف
- مهمة
- فريق
- تقنية
- تقنيات
- التكنولوجيا
- تكنولوجيا
- تنمية التكنولوجيا
- تجربه بالعربي
- نص
- من
- أن
- •
- المستقبل
- من مشاركة
- نظري
- هناك.
- هم
- الأشياء
- تفكير
- هؤلاء
- ثلاثة
- عبر
- معلومات سرية
- إلى
- أدوات
- أدوات
- تقليدي
- تحول
- التحويلات
- اكثر شيوعا
- اثنان
- أنواع
- يفتح
- آخر التحديثات
- URL
- استخدام
- تشكيلة
- متعدد الجوانب
- عمودي
- عموديا
- طرق
- we
- متى
- في حين
- أبيض
- واسع
- على نطاق أوسع
- سوف
- مع
- في غضون
- بدون
- جاري الكتابة
- مكتوب
- حتى الآن
- أسفرت
- لصحتك!
- حل متجر العقارات الشامل الخاص بك في جورجيا
- زفيرنت