10. tammikuuta 2024
(Nanowerkin kohdevalo) Valon hallinta nanomittakaavassa on jo pitkään houkutellut tutkijoita, jotka ovat pyrkineet hyödyntämään outoa kvanttimekaanista ilmiötä, jota kutsutaan paikalliseksi pintaplasmoniresonanssiksi (LSPR). Kun valo on vuorovaikutuksessa metallin kanssa nanopartikkelit (NPs) paljon pienempi kuin sen aallonpituus, tapahtuu useita merkittäviä asioita. Energia puristuu nanometrisiksi hotspotiksi, elektronit tanssivat kollektiivisesti resonanssitaajuuksilla ja optiset kentät voimistuvat eksponentiaalisesti, mikä avaa uusia mahdollisuuksia valoon perustuville tekniikoille.
Silti edistystä hidastaa menetelmien puute monimutkaisten 3D NP -rakenteiden rakentamiseksi, jotka hyödyntävät täysin LSPR:ää. Kestävä haaste on löytää yksinkertaisia mutta skaalautuvia tapoja pinota NP:t pystysuunnassa säilyttäen samalla hienosäädetyn koostumuksen ja arkkitehtuurin hallinnan. Itsekokoamistekniikat voivat kasvattaa spontaanisti NP-klustereita, mutta perinteiset kemian lähestymistavat kamppailevat erikoistuneiden geometrioiden tai hiukkasten sijoittamisen tarkoituksella.
Kiinteän ja nesteen väliseen rajapintagradienttiin perustuvat menetelmät voivat hyödyntää hiukkasten itsekokoamista vain yhdessä tai kahdessa ulottuvuudessa. Uudemmat mallipohjaiset 3D-tulostusmenetelmät ovat onnistuneesti rakentaneet senttimetrejä korkeita plasmonisia superhiloja. He kuitenkin kamppailevat luodakseen pieniä eriä räätälöityjä pilarimalleja, joita tarvitaan iteraatiossa nanotekniikka.
Kuvion monimutkaisuuden ja laajamittaisen yhtenäisyyden välillä on myös kompromissi, koska nanorakenteet kasvavat edelleen laajalla haihtumisalueella kuin rajoitetun vyöhykkeen. Tämä johtaa käytännön haasteisiin laboratoriopohjaisten innovaatioiden tehokkaassa muuntamisessa erikoismoduuleiksi ja nanolaitteiksi.
Raportoivat havainnoistaan Pieni ("Nanosuihkukynä hybridiplasmonisten arkkitehtuurien kirjoittamiseen"), Etelä-Koreasta kotoisin oleva poikkitieteellinen insinöörien ja tiedemiesten tiimi kehitti luovan strategian 3D-tulostukseen räätälöidyistä NP-yhdistelmistä valmistettujen erilaisten vapaasti seisovien "kolloidisten pilarien" XNUMXD-tulostukseen. He rakentavat erikoistuneita täytekyniä, jotka tasapainottavat kapillaarivirtausta ja liuottimen haihtumista ohjaamaan NP-suspensioiden nestemäistä itsekokoonpanoa – ohjaten olennaisesti aineen autonomista järjestäytymistä fysiikan kautta.
Täytekynän inspiroima kirjoitus mikrometrivaa'oilla. a) Kaava kirjoittamisesta mustekynällä. b) Ultrahieno täytekynä NP-dispersiolle. Asteikkopalkki edustaa 5 µm. c) Pistemäisen kolloidisen kokoonpanon kaavio. d) Kolloidisen kokoonpanon kirjoittama mikrometrin kokoinen teksti (vasemmalla) ja SEM-kuva puolidonitsirakenteesta (oikealla). Vasemman ja oikean kuvan asteikkopalkit edustavat 50 ja 1 µm, vastaavasti. e) 3D-kolloidisen kokoonpanon kaavio. f ) Erilaiset 3D-kolloidiset kokoonpanot (vasemmalla) ja NP:n pakkaus (oikealla). Asteikkopalkki edustaa 10 µm (musta) ja 1 µm (valkoinen). (Uudelleenpainotettu Wiley-VCH Verlagin luvalla)
Läpimurto mahdollistaa submikronisten pilarien optisten ja rakenteellisten ominaisuuksien täsmällisen virityksen sekoittamalla hiukkaskokoja ja nanomateriaaleja. Todisteena konseptista tutkijat esittelevät kosteusherkkiä NP/biomateriaalitoimilaitteita. Tämä perustavanlaatuinen edistysaskel muodostaa erittäin monipuolisen ja helposti saatavilla olevan alustan räätälöityjen plasmonien suunnittelulle metamateriaalit.
Tämä edullinen ja tehokas ratkaisujen käsittelytekniikka mahdollistaa optisten ominaisuuksien säätämisen sekoittamalla hiukkaskokoja ja materiaaleja yhdessä pilarissa. Tutkijat esittelevät mahdollisia sovelluksia, kuten kosteusherkkiä nanotoimilaitteita. Edistys luo erittäin monipuolisen alustan räätälöityjen 3D-plasmonisten rakenteiden valmistamiseen nanofotoniikka, fotokatalyysi- ja nanomittakaavan laitteet.
Keskeinen innovaatio on mustekynän perusmekaniikan pienentäminen ja uudelleenkuviointi. Makromittakaavassa täytekynät luottavat siihen, että märkää mustetta syötetään jatkuvasti, kun liuotin haihtuu paperille. Tutkimusryhmä suunnitteli kapenevan lasimikrokapillaariputken, joka jäljittelee tätä kirjoitusprosessia mikroskooppisella tasolla.
Kolloidiseen NP-musteeseen upotettuna kapea putken kärki muodostaa vain muutaman mikronin leveän haihtuvan kapillaarisillan. Musteen koontuessa itsekseen tässä pienessä rajapinnassa tutkijat voivat vetää ylös pilareita kuusikulmaisesti pakatuista palloista kierteisiin nanorakenteisiin. Musteen hiukkaspitoisuuden muuttaminen tai kahden erilaisen NP-ratkaisun sekoittaminen mahdollistaa 3D-arkkitehtuurien tarkan virityksen.
Esimerkiksi 80 nm kultaisten NP:iden (AuNP) yhdistäminen pienempiin 20 nm AuNP:ihin nostaa merkittävästi pilarin maksimikorkeutta. Tämä johtuu siitä, että nanohuokoinen kokoonpano mahdollistaa nesteen kapillaarisen nousun 3D-pilarin sisällä, mikä lisää haihtumisaluetta musteen virtauksen täydentämiseksi. Tämän seurauksena kasvunopeutta ei enää rajoita diffuusio pienenevästä kapillaarisillasta.
Ryhmän teoreettinen analyysi tarjoaa yhtälöitä, jotka yhdistävät valmistusparametreja, kuten kosteuden ja hiukkastiheyden, kokeellisesti mitattuihin pilarin laajenemisnopeuksiin. Tämän tasoinen määrällinen oivallus on korvaamaton niille, jotka haluavat mukauttaa tekniikkaa tiettyihin sovelluksiin.
Todisteena konseptista tutkijat osoittivat erilaisia optisia virittävyyttä käyttämällä NFP:tä. AuNP- ja hopea-NP:iden sekoittaminen tuotti itse koottuja puolidonitsimuotoja, joiden koostumus oli jakautunut tasaisesti. Pienten ja suurten AuNP:iden suhteiden muuttaminen tuotti pilarin nanorakenteita, joilla oli säädellyt valon absorptioominaisuudet.
Ryhmä tulosti epäsymmetrisiä "Janus"-pilareita käyttämällä NP-mustetta toiselle puolelle ja toiminnallista biologista mustetta, joka sisälsi sauvamaisia M13-bakteriofageja toiselle puolelle. M13:n herkkyys kosteusgradientteihin aiheutti käänteisiä taivutusliikkeitä, mikä olennaisesti loi pienikokoisia kosteuskäyttöisiä toimilaitteita kaksipuolisista pilareista.
Binäärikolloidisen klusterin pystysuora kasvu. a) Sarja optisia mikrovalokuvia, jotka osoittavat binäärisen kolloidisen klusterin pystysuoran kasvun. Asteikkopalkki edustaa 50 µm. b) Käytettävissä olevat kasvunopeudet perustuvat 80 nm:n AuNP-liuokseen. c) Saatavilla olevat kasvunopeudet perustuvat 20 nm:n AuNP-liuokseen sekoitettuna 2 hiukkaseen = fL 80 nm AuNP-liuosta. d) SEM-kuvat mikropilareista, jotka on merkitty I, II, III ja IV kohdassa (c). Asteikkopalkki edustaa 10 µm. e) SEM-kuvat (d) kohdassa I, II ja III merkittyjen mikropilarien nanorakenteista. Asteikkopalkki edustaa 200 nm. f ) FESEM-kuva FIB:llä jyrsitystä mikropilarista. Asteikkopalkki edustaa 5 µm. g) FESEM-kuva mikropilarin poikkileikkauksesta, joka koostuu yhdestä (vasemmalla) ja binäärikoostumuksesta (oikealla). Asteikkopalkki edustaa 200 nm. (Uudelleenpainotettu Wiley-VCH Verlagin luvalla)
Tämä stimuloi ideoita valmistaa vieläkin monimutkaisempia kolloidisia koneita yhdistämällä erilaisia nanomateriaaleja, katalyyttejä tai proteiineja yhdessä 3D-painetussa pilarissa. Mahdollisuuksien laajuus korostaa, kuinka tutkijoiden petollisen yksinkertainen kynä-paperi-konsepti laajentaa perusteellisesti edistyneen nanotekniikan työkalupakkia.
Haihtuva täytekynämenetelmä kiertää myös vaihtoehtoisia valmistusstrategioita estäviä rajoituksia. Kiinteän ja nesteen väliseen rajapintagradienttiin perustuvat menetelmät voivat hyödyntää hiukkasten itsekokoamista vain yhdessä tai kahdessa ulottuvuudessa. Uudemmat mallipohjaiset 3D-tulostusmenetelmät ovat onnistuneesti rakentaneet senttimetrejä korkeita plasmonisia superhiloja. He kuitenkin kamppailevat luodakseen pieniä eriä räätälöityjä pilarimalleja, joita tarvitaan iteratiiviseen nanosuunnitteluun.
Kuvion monimutkaisuuden ja laajamittaisen yhtenäisyyden välillä on myös kompromissi, koska nanorakenteet kasvavat edelleen laajalla haihtumisalueella kuin rajoitetun vyöhykkeen. Tämä johtaa käytännön haasteisiin laboratoriopohjaisten innovaatioiden tehokkaassa muuntamisessa erikoismoduuleiksi ja nanolaitteiksi.
Raportoitu NFP-tekniikka toimii pohjimmiltaan kutistuvana 3D-tulostimena, mutta luonnollisesti ohjatulla kokoonpanolla, ei ulkoisesti pakotetulla kokoonpanolla. Kaiken paikallistaminen pinnan ja kynän kärjen väliseen mikroskooppiseen rajapintaan mahdollistaa erinomaisen spatiotemporaalisen ohjauksen menettämättä skaalautuvuutta.
Tuloksena oleva kyky jatkuvasti muuttaa parametreja valmistuksen puolivälissä ja rakentaa heterogeenisiä alle 10 mikronia leveitä pilareja avaa uusia näköaloja nopealle nanoprototyyppien luomiselle. Voidaan kuvitella, että tutkijat suunnittelevat mukautettuja NP-rakenteita lennossa saavuttaakseen suorituskykytavoitteet tai palvelevan erilaisia tarkoituksia integroidussa nanojärjestelmässä.
Tämä läpimurtotutkimus tarjoaa vahvan pohjan monille jännittäville suunnille. Seuraavassa vaiheessa laajennetaan enemmän nanohiukkastyyppejä ja musteita, joilla on laajempi valikoima toimintoja plasmoniikan lisäksi. Tutkijoiden on myös optimoitava tulostusnopeus, arkkitehtuurin vakaus ja käyttöliittymäkoot rajojen työntämiseksi.
Toinen kriittinen tehtävä on vaihtoehtoisten substraattien tutkiminen, koska nykyinen riippuvuus piidioksidikiekoista asettaa haasteita nanorakenteiden integroinnissa laitteisiin tai ei-tasomaisille pinnoille. Lopuksi säiliötekniikan tai monikynätekniikoiden tutkiminen voi entisestään laajentaa viritettävän koostumuksen monimutkaisuutta 3D-kolloidisessa kokoonpanossa.
Tutkijoiden mustekynämetodologia edustaa keskeistä edistystä nanovalmistuksessa, jossa yhdistyvät suunnatun kokoonpanon monipuoliset edut itsekokoonpanon skaalautumiseen. Tämä tutkimus muuttaa päivittäisen kuivauskynän olennaisesti tehokkaaksi, mutta helposti saavutettavaksi nanokuviointialustaksi.
Raportoitu tekniikka voi toimia ihanteellisena siltana nanotieteen tutkimuksen ja todellisen teknologian kehityksen välillä. Kyky testata laaja-alaisia nanorakennekoostumuksia ja -geometrioita helpottaa nopeaa prototyyppien luomista, jotta suunnittelu voidaan optimoida kohdesovelluksiin. Samaan aikaan ennustettava fysiikka, joka rajoittuu pieneen käyttöliittymään, mahdollistaa suoraviivaisen skaalauksen massatuotantoon.
Kaupalliset ja yhteiskunnalliset vaikutukset voivat olla syvällisiä, kun tutkijat käyttävät hyväkseen tämän lähestymistavan yleistettävyyttä eri sektoreilla. Biolääketieteen alalla räätälöidyt 3D-nukleiinihapponanorakenteet voisivat mahdollistaa kohdistetun lääkkeen kuljetuksen tai yhden solun transfektion. Plasmoniset pilarit, joissa on ohjelmoitava optinen resonanssi, voisivat muodostaa perustan ultraherkille molekyylintunnistusalustoille. Sekoita ja sovita metamateriaaleja käyttämällä tekniikkaa, mikä voi johtaa parantuneisiin katalyyttisiin prosesseihin ja energian muunnosjärjestelmiin.
Tulevaisuudessa on runsaasti mahdollisuuksia sisällyttää monimateriaalitulostus, toiminnalliset nanohiukkasmusteet ja 3D-kuviointi ei-tasomaisille pinnoille – mikä laajentaa suunnittelun monimutkaisuutta huomattavasti.
– Michael on kirjoittanut kolme Royal Society of Chemistryn kirjaa:
Nano-yhteiskunta: Teknologian rajojen siirtäminen,
Nanoteknologia: Tulevaisuus on pienija
Nano-tekniikka: Osaamisen ja työkalujen tekeminen tekniikasta näkymättömäksi
Copyright ©
Nanowerk LLC
Ryhdy Spotlight-vieraskirjailijaksi! Liity laajaan ja kasvavaan ryhmäämme vierailevat avustajat. Oletko juuri julkaissut tieteellisen artikkelin vai onko sinulla muuta mielenkiintoista kehitystä nanoteknologiayhteisön kanssa? Näin julkaistaan nanowerk.com-sivustossa.
- SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
- PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
- PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
- PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
- Lähde: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64376.php
- :on
- :On
- :missä
- $ YLÖS
- 1
- 10
- 20
- 31
- 32
- 3d
- 3D Printing
- 50
- 7
- 8
- 80
- 9
- a
- saatavilla
- poikki
- sopeuttaa
- edistää
- kehittynyt
- edistäminen
- etuja
- eteenpäin
- mahdollistaa
- Myös
- vaihtoehto
- an
- analyysi
- ja
- Toinen
- sovellukset
- lähestymistapa
- lähestymistavat
- arkkitehtuuri
- ALUE
- Ryhmä
- AS
- Kokoonpano
- At
- kirjoittaja
- autonominen
- saatavissa
- b
- takaisin
- Balance
- baari
- baarit
- pohja
- perustua
- perustiedot
- perusta
- BE
- koska
- ovat
- Berger
- välillä
- Jälkeen
- biolääketieteen
- Musta
- tyhjä
- Kirjat
- boosteja
- rajat
- leveys
- läpimurto
- SILTA
- laajentaa
- rakentaa
- rakennettu
- mutta
- by
- nimeltään
- CAN
- ei voi
- Koko
- katalyyttejä
- solu
- keskus
- haaste
- haasteet
- muuttuviin
- kemia
- Cluster
- kollektiivisesti
- yhdistelmät
- yhdistely
- kaupallinen
- yhteisö
- monimutkainen
- monimutkaisuus
- kokoonpanossa
- koostumus
- keskittyminen
- käsite
- rakentaa
- jatkuvasti
- ohjaus
- hallinnassa
- valvonta
- Muuntaminen
- voisi
- luoda
- Luominen
- Luova
- kriittinen
- Ylittää
- Nykyinen
- asiakassuhde
- räätälöityjä
- tanssi
- Päivämäärä
- toimitus
- osoittaa
- osoittivat
- tiheys
- Malli
- suunniteltu
- suunnittelu
- mallit
- Detection
- kehitetty
- Kehitys
- kehitys
- Laitteet
- eri
- Diffuusio
- mitat
- vähenevä
- ohjata
- suunnattu
- ohjeet
- löytö
- dispergoituneena
- jaettu
- useat
- alas
- huume
- Huumeiden toimitus
- e
- tehokkaasti
- elektronit
- mahdollistaa
- mahdollistaa
- Loputon
- kestävä
- energia
- Tekniikka
- Engineers
- tehostettu
- kuvitella
- yhtälöt
- olennaisesti
- laatii
- Jopa
- tasaisesti
- arjen
- kaikki
- esimerkki
- jännittävä
- Näytteilleasettajat
- laajenee
- laajenee
- laajeneminen
- Käyttää hyväkseen
- Tutkiminen
- eksponentiaalisesti
- erinomainen
- laaja
- ulkoisesti
- erittäin
- Helpottaa
- paljon
- harvat
- Fields
- Vihdoin
- löytäminen
- tulokset
- virtaus
- neste
- varten
- Joukot
- muoto
- lomakkeet
- suihkulähde
- alkaen
- etuosa
- täysin
- toiminnallinen
- toiminnallisuudet
- tehtävät
- perus-
- pohjimmiltaan
- edelleen
- tulevaisuutta
- gif
- lasi-
- Kulta
- kaltevuudet
- uraauurtava
- Ryhmä
- Kasvaa
- Kasvava
- Kasvu
- vieras
- opastettu
- ohjaava
- tapahtuu
- valjaat
- valjastaminen
- Olla
- korkeus
- raidat
- pito
- Horizons
- Miten
- Miten
- Kuitenkin
- HTTPS
- Hybridi
- i
- ihanteellinen
- ideoita
- if
- ii
- iii
- kuva
- kuvien
- Vaikutukset
- määrätty
- in
- sisältävät
- lisää
- Innovaatio
- tietoa
- integroitu
- Integrointi
- vuorovaikutuksessa
- liitäntä
- tulee
- monimutkainen
- korvaamaton
- keksii
- SEN
- yhdistää
- jpg
- vain
- avain
- Korea
- Lack
- suuri
- laaja
- Laki
- johtaa
- Liidit
- vasemmalle
- vähemmän
- Taso
- Vaikutusvalta
- piilee
- valo
- pitää
- rajoitukset
- rajallinen
- logo
- Pitkät
- kauemmin
- näköinen
- menettää
- edullisia
- Koneet
- tehty
- ylläpitäminen
- tehdä
- Tekeminen
- valmistus
- monet
- merkitty
- Massa
- tarvikkeet
- asia
- maksimi
- Saattaa..
- Sillä välin
- mitattu
- mekaaninen
- mekaniikka
- Tavata
- metamateriaalit
- menetelmä
- Metodologia
- menetelmät
- Michael
- Keskimmäinen
- sekoitettu
- Sekoitus
- Moduulit
- molekyyli-
- lisää
- liikkeet
- täytyy
- nimi
- nanomateriaalien
- nanofotoniikassa
- nanoteknologian
- tarvitaan
- Uusi
- uusia näköaloja
- seuraava
- KMO
- Nro
- tapahtua
- of
- on
- ONE
- vain
- avaaminen
- Optimoida
- or
- organisaatio
- Muut
- meidän
- ulos
- yli
- oma
- pakattu
- Paperi
- paradigma
- parametrit
- hiukkanen
- Kuvio
- suorituskyky
- lupa
- vaihe
- ilmiö
- PHP
- Fysiikka
- Pilari
- pilarit
- keskeinen
- foorumi
- Platforms
- Platon
- Platonin tietotieto
- PlatonData
- aiheuttaa
- sijainti
- mahdollisuuksia
- mahdollinen
- voimakas
- Käytännön
- tarkka
- tarkasti
- Ennustettavissa
- Painaa
- tulostus
- prosessi
- Prosessit
- käsittely
- valmistettu
- tuotanto
- syvällinen
- ohjelmoitava
- Edistyminen
- todiste
- todiste käsitteestä
- ominaisuudet
- Proteiinit
- prototyyppien
- tarjoaa
- julkaista
- julkaistu
- kustantaja
- tarkoituksiin
- Työnnä
- Työnnä
- määrällinen
- Kvantti
- alainen
- nopea
- Hinnat
- pikemminkin
- todellinen maailma
- äskettäinen
- Reimagining
- riippuvuus
- luottaa
- jäännökset
- huomattava
- raportoitu
- Raportointi
- edustaa
- edustaa
- tutkimus
- Tutkijat
- resonanssi
- vastaavasti
- johtua
- Saatu ja
- oikein
- Nousta
- kuninkaallinen
- s
- skaalautuvuus
- skaalautuva
- Asteikko
- asteikot
- skaalaus
- järjestelmä
- tieteellinen
- tutkijat
- Osa
- sektorit
- etsiä
- SEM
- Sarjat
- palvella
- useat
- muodot
- Jaa:
- siirtää
- näyteikkuna
- näyttää
- puoli
- merkittävästi
- Hopea
- Yksinkertainen
- koska
- single
- koot
- taitoja
- pieni
- pienempiä
- yhteiskunnallinen
- yhteiskunta
- ratkaisu
- Ratkaisumme
- Etelä
- Etelä-Korea
- erikoistunut
- erityinen
- nopeus
- nopeudet
- Valokeila
- Pysyvyys
- pinoaminen
- standardoitu
- Yhä
- stimuloi
- suora
- outo
- strategiat
- Strategia
- vahva
- rakenteellinen
- rakenne
- rakenteet
- taistelu
- tutkimus
- Onnistuneesti
- niin
- toimitetaan
- pinta
- suspensiot
- järjestelmät
- Räätälöity
- Kohde
- kohdennettu
- tavoitteet
- Tehtävä
- joukkue-
- tekniikka
- tekniikat
- Technologies
- Elektroniikka
- Teknologian kehitys
- testi
- teksti
- kuin
- että
- -
- Tulevaisuus
- heidän
- teoreettinen
- Siellä.
- ne
- asiat
- Ajattelu
- tätä
- ne
- kolmella
- Kautta
- kärki
- että
- työkalupakki
- työkalut
- perinteinen
- Muuttaa
- muunnoksia
- Trend
- kaksi
- tyypit
- poistoista
- Päivitykset
- URL
- käyttämällä
- lajike
- monipuolinen
- pystysuora
- pystysuoraan
- tavalla
- we
- kun
- vaikka
- valkoinen
- leveä
- laajempi
- tulee
- with
- sisällä
- ilman
- kirjoittaminen
- kirjallinen
- vielä
- tuotti
- te
- Sinun
- zephyrnet