10 ژانویه 2024
(Nanowerk Spotlightکنترل نور در مقیاس نانو مدتهاست که محققان را به دنبال بهرهبرداری از یک پدیده مکانیکی کوانتومی عجیب به نام تشدید پلاسمون سطحی موضعی (LSPR) مجذوب کرده است. هنگامی که نور با فلز در تعامل است نانوذرات (NPs) بسیار کوچکتر از طول موج آن، چندین چیز قابل توجه رخ می دهد. انرژی در کانونهای نانومتری فشرده میشود، الکترونها به طور جمعی با فرکانسهای تشدید میرقصند، و میدانهای نوری بهطور تصاعدی تشدید میشوند و فرصتهای جدیدی را برای فناوریهای مبتنی بر نور باز میکنند.
با این حال، به دلیل فقدان روشهایی برای ساخت ساختارهای پیچیده سه بعدی NP که به طور کامل از LSPR استفاده میکنند، پیشرفت کند میشود. چالش همیشگی یافتن راههای ساده و در عین حال مقیاسپذیر برای چیدن NPها به صورت عمودی و در عین حال حفظ کنترل دقیق بر ترکیب و معماری است. تکنیکهای خودآرایی میتوانند بهطور خود به خود خوشههای NP را رشد دهند، اما رویکردهای شیمی سنتی برای ساختن هندسههای تخصصی یا قرار دادن ذرات به عمد تلاش میکنند.
روشهای متکی به گرادیانهای رابط جامد-مایع تنها میتوانند از خودآرایی ذرات در یک یا دو بعد استفاده کنند. روشهای جدیدتر چاپ سهبعدی هدایتشده با الگو، با موفقیت ابرشبکههای پلاسمونیکی با ارتفاع سانتیمتر ساختهاند. با این حال، آنها برای ایجاد دستههای کوچکی از طرحهای ستون سفارشی مورد نیاز برای تکرار تلاش میکنند مهندسی نانو.
همچنین یک مبادله بین پیچیدگی الگو و یکنواختی در مقیاس بزرگ وجود دارد زیرا نانوساختارها هنوز در یک منطقه تبخیر گسترده به جای یک منطقه محدود رشد می کنند. این منجر به چالشهای عملی برای ترجمه کارآمد نوآوری مبتنی بر آزمایشگاه به ماژولها و نانودستگاههای تخصصی میشود.
گزارش یافته های خود در کوچک (قلم نانو فواره برای نوشتن معماری های پلاسمونیک ترکیبی)، یک تیم بین رشته ای از مهندسان و دانشمندان از کره جنوبی یک استراتژی خلاقانه برای چاپ سه بعدی "ستون های کلوئیدی" مستقل ساخته شده از ترکیبات NP سفارشی ایجاد کردند. آنها قلمهای فوارهای تخصصی میسازند که جریان مویرگی و تبخیر حلال را متعادل میکند تا خودآرایی سیال سوسپانسیونهای NP را هدایت کند - اساساً سازماندهی مستقل ماده را از طریق فیزیک هدایت میکند.
نوشته های الهام گرفته از قلم چشمه در مقیاس های میکرومتری. الف) طرح نوشتن با استفاده از قلم. ب) قلم فواره بسیار ریز برای جوهر پراکنده NP. نوار مقیاس نشان دهنده 5 میکرومتر است. ج) طرح مجموعه کلوئیدی نقطه مانند. د) متنی به اندازه میکرومتر که توسط مجموعه کلوئیدی (سمت چپ) و تصویر SEM یک ساختار نیمه دونات (راست) نوشته شده است. نوارهای مقیاس تصاویر چپ و راست به ترتیب 50 و 1 میکرومتر را نشان می دهند. ه) طرح مجموعه کلوئیدی سه بعدی. f) مجموعه های کلوئیدی سه بعدی متنوع (سمت چپ) و بسته بندی NP (راست). نوار مقیاس نشان دهنده 3 میکرومتر (سیاه) و 3 میکرومتر (سفید) است. (تجدید چاپ با اجازه Wiley-VCH Verlag)
این پیشرفت به خواص نوری و ساختاری ستونهای زیر میکرونی اجازه میدهد تا با اختلاط اندازه ذرات و نانومواد دقیقا تنظیم شوند. به عنوان اثبات مفهوم، محققان محرکهای NP/biomaterial پاسخگو به رطوبت را نشان میدهند. این پیشرفت اساسی یک پلت فرم بسیار همه کاره و در دسترس برای طراحی پلاسمونیک سفارشی ایجاد می کند فرامواد.
این تکنیک پردازش راه حل کم هزینه و توان عملیاتی بالا اجازه می دهد تا خواص نوری را با مخلوط کردن اندازه ذرات و مواد در یک ستون واحد تنظیم کنید. محققان کاربردهای بالقوه ای مانند نانومحرک های پاسخگو به رطوبت را به نمایش می گذارند. این پیشرفت یک پلت فرم بسیار همه کاره را برای ساخت ساختارهای پلاسمونیک سه بعدی متناسب ایجاد می کند نانوفوتونیک، دستگاه های فوتوکاتالیز و نانومقیاس.
نوآوری کلیدی در کوچک کردن و بازبینی مکانیک اولیه یک خودکار جوهر نهفته است. در مقیاس ماکرو، قلمهای فوارهای متکی به جوهر مرطوب هستند که به طور مداوم عرضه میشود در حالی که حلال روی کاغذ تبخیر میشود. تیم تحقیقاتی یک لوله ریز مویرگ شیشه ای مخروطی طراحی کردند که این فرآیند نوشتن را در سطح میکروسکوپی تقلید می کند.
هنگامی که در جوهر NP کلوئیدی فرو میرود، نوک لوله باریک یک پل مویین تبخیری به عرض چند میکرون را تشکیل میدهد. از آنجایی که جوهر در این رابط کوچک به خودی خود مونتاژ میشود، محققان میتوانند ستونهایی از کرههای شش ضلعی گرفته تا نانوساختارهای مارپیچ را بالا بکشند. تغییر غلظت ذرات در جوهر یا مخلوط کردن دو محلول مختلف NP، تنظیم دقیق معماری های سه بعدی را امکان پذیر می کند.
به عنوان مثال، ترکیب NP های طلای 3 نانومتری (AuNPs) با AuNP های کوچکتر 80 نانومتری به طور قابل توجهی حداکثر ارتفاع ستون را افزایش می دهد. این امر به این دلیل اتفاق میافتد که مجموعه نانومتخلخل امکان افزایش مویرگی سیال در ستون سه بعدی را فراهم میکند و منطقه تبخیر را برای پر کردن جریان جوهر افزایش میدهد. در نتیجه، سرعت رشد دیگر با انتشار از پل مویرگی رو به کاهش محدود نمی شود.
تجزیه و تحلیل نظری این تیم معادلات مربوط به پارامترهای ساخت مانند رطوبت و چگالی ذرات را با نرخ انبساط ستون به طور تجربی اندازهگیری میکند. این سطح از بینش کمی برای کسانی که به دنبال تطبیق تکنیک برای کاربردهای خاص هستند بسیار ارزشمند خواهد بود.
به عنوان اثبات مفهوم، محققان انواع مختلفی از قابلیت تنظیم نوری را با استفاده از NFP نشان دادند. مخلوط کردن AuNP ها و NP های نقره ای شکل های نیمه دونات خود مونتاژ شده با ترکیبی که به طور مساوی توزیع شده اند به دست آورد. تغییر نسبتهای AuNPهای کوچک و بزرگ، نانوساختارهای ستونی تولید کرد که ویژگیهای جذب نور کنترلشده را نشان میدهند.
این تیم ستونهای نامتقارن "Janus" را با استفاده از جوهر NP در یک طرف و یک جوهر بیولوژیکی کاربردی حاوی باکتریوفاژهای میله مانند M20 در سمت دیگر چاپ کردند. پاسخدهی M3 به گرادیانهای رطوبت باعث ایجاد حرکات خمشی برگشتپذیر میشود که اساساً محرکهای مینیاتوری رطوبت محور را از ستونهای دو وجهی ایجاد میکنند.
رشد عمودی یک خوشه کلوئیدی دوتایی. الف) مجموعه ای از میکروگراف های نوری که رشد عمودی خوشه کلوئیدی دوتایی را نشان می دهد. نوار مقیاس نشان دهنده 50 میکرومتر است. ب) سرعت رشد موجود بر اساس محلول 80 نانومتری AuNP. ج) سرعت رشد موجود بر اساس محلول 20 نانومتری AuNP مخلوط با 2 ذره=fL محلول 80 نانومتری AuNP. د) تصاویر SEM از ریز ستون ها که در (c) به صورت I، II، III و IV مشخص شده اند. نوار مقیاس نشان دهنده 10 میکرومتر است. ه) تصاویر SEM از نانوساختارهای ریز ستون ها که در (d) به صورت I، II و III مشخص شده اند. نوار مقیاس نشان دهنده 200 نانومتر است. f) تصویر FESEM از یک ریز ستون آسیاب شده با FIB. نوار مقیاس نشان دهنده 5 میکرومتر است. ز) تصویر FESEM از مقطع یک ریز ستون متشکل از یک ترکیب واحد (چپ) و دوتایی (راست). نوار مقیاس نشان دهنده 200 نانومتر است. (تجدید چاپ با اجازه Wiley-VCH Verlag)
این ایدهها را برای ساخت ماشینهای کلوئیدی پیچیدهتر با ترکیب کردن مختلف تحریک میکند نانوموادکاتالیزورها یا پروتئین ها در یک ستون منفرد با چاپ سه بعدی. گستردگی احتمالات نشان میدهد که چگونه مفهوم فریبنده ساده قلم روی کاغذ محققان، ابزار را برای نانومهندسی پیشرفته گسترش میدهد.
روش قلم فوارهای تبخیری نیز محدودیتهایی را که مانع از راهبردهای ساخت جایگزین میشوند، دور میزند. روشهای متکی به گرادیانهای رابط جامد-مایع تنها میتوانند از خودآرایی ذرات در یک یا دو بعد استفاده کنند. روشهای جدیدتر چاپ سهبعدی هدایتشده با الگو، با موفقیت ابرشبکههای پلاسمونیکی با ارتفاع سانتیمتر ساختهاند. با این حال، آنها برای ایجاد دستههای کوچکی از طرحهای ستون سفارشی مورد نیاز برای نانومهندسی تکراری تلاش میکنند.
همچنین یک مبادله بین پیچیدگی الگو و یکنواختی در مقیاس بزرگ وجود دارد زیرا نانوساختارها هنوز در یک منطقه تبخیر گسترده به جای یک منطقه محدود رشد می کنند. این منجر به چالشهای عملی برای ترجمه کارآمد نوآوری مبتنی بر آزمایشگاه به ماژولها و نانودستگاههای تخصصی میشود.
تکنیک NFP گزارششده اساساً بهعنوان یک چاپگر سهبعدی کوچکتر عمل میکند، اما بهجای مونتاژ تحمیلی خارجی، به طور طبیعی هدایت میشود. بومی سازی همه چیز در رابط میکروسکوپی بین سطح و نوک قلم، کنترل فضایی و زمانی عالی را بدون از دست دادن مقیاس پذیری امکان پذیر می کند.
ظرفیت حاصله برای تغییر مداوم پارامترها در اواسط ساخت و ساخت ستونهای ناهمگن با عرض کمتر از 10 میکرون، افقهای جدیدی را برای نمونهسازی سریع نانو باز میکند. می توان دانشمندانی را در حال طراحی ساختارهای NP سفارشی برای رسیدن به اهداف عملکردی یا خدمت به اهداف مختلف در یک نانو سیستم یکپارچه تصور کرد.
این مطالعه دستیابی به موفقیت، پایه ای قوی برای بسیاری از جهت های هیجان انگیز فراهم می کند. فاز بعدی مستلزم گسترش به انواع نانوذرات و جوهرهای بیشتر با طیف گستردهتری از عملکردها فراتر از پلاسمونیک است. محققان همچنین باید سرعت چاپ، پایداری معماری و اندازه رابط را بهینه کنند تا مرزها را جابجا کنند.
یکی دیگر از وظایف حیاتی، بررسی بسترهای جایگزین خواهد بود، زیرا اتکای فعلی به ویفرهای سیلیسی چالشهایی را برای ادغام نانوساختارها در دستگاهها یا روی سطوح غیرمسطح ایجاد میکند. در نهایت، کاوش در مهندسی مخزن یا تکنیکهای چند قلمی میتواند پیچیدگی ترکیبی قابل تنظیم برای مونتاژ کلوئیدی سهبعدی را بیشتر گسترش دهد.
متدولوژی قلم فوارهای محققین نشاندهنده یک پیشرفت اساسی در نانوساخت است که مزایای همهکاره مونتاژ هدایتشده را با مقیاسپذیری خودآرایی ترکیب میکند. این مطالعه اساسا یک قلم خشک کن روزمره را به یک پلت فرم نانوالگوی قدرتمند و در عین حال قابل دسترس تبدیل می کند.
تکنیک گزارش شده می تواند به عنوان یک پل ایده آل بین تحقیقات علم نانو و توسعه فناوری در دنیای واقعی عمل کند. ظرفیت آزمایش ترکیبات و هندسه های نانوساختار وسیع، نمونه سازی سریع برای بهینه سازی طرح ها برای کاربردهای هدف را تسهیل می کند. در همین حال، فیزیک قابل پیشبینی محدود به یک رابط کوچک اجازه میدهد تا برای تولید انبوه به سرعت افزایش یابد.
تأثیرات تجاری و اجتماعی می تواند عمیق باشد زیرا محققان از تعمیم پذیری این رویکرد در بین بخش ها استفاده می کنند. در بخش بیوپزشکی، نانوساختارهای سه بعدی اسید نوکلئیک سفارشیسازی شده میتوانند دارورسانی هدفمند یا ترانسفکشن تک سلولی را فعال کنند. ستونهای پلاسمونیک با رزونانسهای نوری قابل برنامهریزی میتوانند اساس پلتفرمهای تشخیص مولکولی فوق حساس را تشکیل دهند. ترکیب و تطبیق فرامواد با استفاده از این تکنیک ممکن است منجر به افزایش فرآیندهای کاتالیزوری و سیستمهای تبدیل انرژی شود.
با نگاهی به آینده، امکانات زیادی برای ترکیب چاپ چند ماده ای، جوهرهای نانوذرات کاربردی، و الگوهای سه بعدی بر روی سطوح غیرمسطح وجود دارد - پیچیدگی طراحی به شدت در حال گسترش است.
By
مایکل
برگر
- مایکل نویسنده سه کتاب توسط انجمن سلطنتی شیمی است:
جامعه نانو: پیش بردن مرزهای فناوری,
نانوتکنولوژی: آینده بسیار کوچک استو
نانومهندسی: مهارت ها و ابزارهایی که فناوری را نامرئی می کنند
کپی رایت ©
Nanowerk LLC
نویسنده مهمان Spotlight شوید! به گروه بزرگ و رو به رشد ما بپیوندید مشارکت کنندگان مهمان. آیا به تازگی یک مقاله علمی منتشر کرده اید یا پیشرفت های هیجان انگیز دیگری برای به اشتراک گذاشتن با جامعه فناوری نانو دارید؟ در اینجا نحوه انتشار در nanowerk.com آمده است.
- محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
- PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
- PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
- PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
- منبع: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64376.php
- : دارد
- :است
- :جایی که
- $UP
- 1
- 10
- 20
- 31
- 32
- 3d
- چاپ 3D
- 50
- 7
- 8
- 80
- 9
- a
- در دسترس
- در میان
- وفق دادن
- پیشرفت
- پیشرفته
- پیشرفت
- مزایای
- پیش
- اجازه می دهد تا
- همچنین
- جایگزین
- an
- تحلیل
- و
- دیگر
- برنامه های کاربردی
- روش
- رویکردها
- معماری
- محدوده
- صف
- AS
- مجلس
- At
- نویسنده
- خود مختار
- در دسترس
- b
- به عقب
- برج میزان
- بار
- بار
- پایه
- مستقر
- اساسی
- اساس
- BE
- زیرا
- بودن
- برگر
- میان
- خارج از
- بیومدیکال
- سیاه پوست
- سفید
- کتاب
- تقویت می کند
- مرز
- وسعت
- دستیابی به موفقیت
- بریج
- گسترده تر
- ساختن
- ساخته
- اما
- by
- نام
- CAN
- نمی توان
- ظرفیت
- کاتالیزورها
- سلول
- مرکز
- به چالش
- چالش ها
- متغیر
- شیمی
- خوشه
- مجموعا
- ترکیب
- ترکیب
- تجاری
- انجمن
- پیچیده
- پیچیدگی
- مرکب
- ترکیب
- غلظت
- مفهوم
- ساختن
- به طور مداوم
- کنترل
- کنترل
- کنترل
- تبدیل
- میتوانست
- ایجاد
- ایجاد
- خالق
- بحرانی
- صلیب
- جاری
- سفارشی
- سفارشی
- رقص
- تاریخ
- تحویل
- نشان دادن
- نشان
- چگالی
- طرح
- طراحی
- طراحی
- طرح
- کشف
- توسعه
- پروژه
- تحولات
- دستگاه ها
- مختلف
- انتشار
- ابعاد
- کاهش می یابد
- مستقیم
- جهت دار
- جهت ها
- کشف
- پراکنده
- توزیع شده
- مختلف
- پایین
- دارو
- تحویل مواد مخدر
- e
- موثر
- الکترون
- قادر ساختن
- را قادر می سازد
- بی پایان
- پایدار
- انرژی
- مهندسی
- مورد تأیید
- افزایش
- تجسم
- معادلات
- اساسا
- ایجاد می کند
- حتی
- به طور مساوی
- هر روز
- همه چیز
- مثال
- مهیج
- نمایشگاه
- گسترش
- گسترش می یابد
- توسعه
- بهره برداری
- بررسی
- نمایی
- نفیس
- وسیع
- بیرون
- خیلی
- تسهیل می کند
- بسیار
- کمی از
- زمینه
- سرانجام
- پیدا کردن
- یافته ها
- جریان
- مایع
- برای
- نیروهای
- فرم
- اشکال
- چشمه
- از جانب
- جلو
- کاملا
- تابعی
- ویژگی های
- توابع
- اساسی
- اساساً
- بیشتر
- آینده
- GIF
- شیشه
- طلا
- شیب ها
- پیشگامانه
- گروه
- شدن
- در حال رشد
- رشد
- مهمان
- هدایت شده
- راهنمایی
- اتفاق می افتد
- دهنه
- بهره برداری
- آیا
- ارتفاع
- های لایت
- برگزاری
- افق
- چگونه
- چگونه
- اما
- HTTPS
- ترکیبی
- i
- دلخواه
- ایده ها
- if
- ii
- III
- تصویر
- تصاویر
- اثرات
- تحمیل
- in
- گنجاندن
- افزایش
- ابداع
- بینش
- یکپارچه
- ادغام
- در ارتباط بودن
- رابط
- به
- پیچیده
- فوق العاده گرانبها
- اختراع می کند
- ITS
- پیوستن
- JPG
- تنها
- کلید
- کشور کره
- عدم
- بزرگ
- در مقیاس بزرگ
- قانون
- رهبری
- منجر می شود
- ترک کرد
- کمتر
- سطح
- قدرت نفوذ
- نهفته است
- سبک
- پسندیدن
- محدودیت
- محدود شده
- لینک
- آرم
- طولانی
- دیگر
- به دنبال
- شکست
- کم هزینه
- ماشین آلات
- ساخته
- نگهداری
- ساخت
- ساخت
- تولید
- بسیاری
- علامت گذاری شده
- توده
- مصالح
- ماده
- بیشترین
- ممکن است..
- در ضمن
- اندازه گیری
- مکانیکی
- مکانیک
- دیدار
- فرامواد
- روش
- روش شناسی
- روش
- مایکل
- متوسط
- مخلوط
- خلط
- ماژول ها
- مولکولی
- بیش
- حرکات
- باید
- نام
- نانومواد
- نانوفوتونیک
- فناوری نانو
- ضروری
- جدید
- افق های جدید
- بعد
- nfp
- نه
- رخ می دهد
- of
- on
- ONE
- فقط
- افتتاح
- بهینه سازی
- or
- کدام سازمان ها
- دیگر
- ما
- خارج
- روی
- خود
- بسته بندی شده
- مقاله
- نمونه
- پارامترهای
- ذره
- الگو
- کارایی
- اجازه
- فاز
- پدیده
- پی اچ پی
- فیزیک
- ستون
- ستون ها
- محوری
- سکو
- سیستم عامل
- افلاطون
- هوش داده افلاطون
- PlatoData
- به شمار
- موقعیت
- فرصت
- پتانسیل
- قوی
- عملی
- دقیق
- دقیقا
- قابل پیش بینی
- چاپ
- چاپ
- روند
- فرآیندهای
- در حال پردازش
- ساخته
- تولید
- عمیق
- قابل برنامه ریزی
- پیشرفت
- اثبات
- اثبات مفهوم
- املاک
- پروتئین ها
- نمونه سازی
- فراهم می کند
- منتشر کردن
- منتشر شده
- ناشر
- اهداف
- فشار
- هل دادن
- کمی
- کوانتومی
- اعم
- سریع
- نرخ
- نسبتا
- دنیای واقعی
- اخیر
- تجسم مجدد
- اعتماد
- تکیه
- بقایای
- قابل توجه
- گزارش
- گزارش
- نشان دادن
- نشان دهنده
- تحقیق
- محققان
- تشدید
- به ترتیب
- نتیجه
- نتیجه
- راست
- طلوع
- سلطنتی
- s
- مقیاس پذیری
- مقیاس پذیر
- مقیاس
- مقیاس ها
- مقیاس گذاری
- طرح
- علمی
- دانشمندان
- بخش
- بخش ها
- به دنبال
- SEM
- سلسله
- خدمت
- چند
- اشکال
- اشتراک گذاری
- تغییر
- نمایشگاه
- نمایش
- طرف
- به طور قابل توجهی
- نقره
- ساده
- پس از
- تنها
- اندازه
- مهارت ها
- کوچک
- کوچکتر
- اجتماعی
- جامعه
- راه حل
- مزایا
- جنوب
- کره جنوبی
- تخصصی
- خاص
- سرعت
- سرعت
- نور افکن
- ثبات
- پشتهسازی
- استاندارد
- هنوز
- تحریک می کند
- ساده
- عجیب
- استراتژی ها
- استراتژی
- قوی
- ساختاری
- ساختار
- ساختار
- مبارزه
- مهاجرت تحصیلی
- موفقیت
- چنین
- عرضه شده است
- سطح
- سیستم های تعلیق
- سیستم های
- طراحی شده
- هدف
- هدف قرار
- اهداف
- کار
- تیم
- تکنیک
- تکنیک
- فن آوری
- پیشرفته
- پیشرفت تکنولوژی
- آزمون
- متن
- نسبت به
- که
- La
- آینده
- شان
- نظری
- آنجا.
- آنها
- اشیاء
- تفکر
- این
- کسانی که
- سه
- از طریق
- نوک
- به
- ابزار
- ابزار
- سنتی
- دگرگون کردن
- تبدیل می شود
- روند
- دو
- انواع
- باز کردن
- به روز رسانی
- URL
- با استفاده از
- تنوع
- همه کاره
- عمودی
- عمودی
- راه
- we
- چه زمانی
- در حین
- سفید
- وسیع
- گسترده تر
- اراده
- با
- در داخل
- بدون
- نوشته
- کتبی
- هنوز
- به همراه داشت
- شما
- شما
- زفیرنت