10. január 2024
(Nanowerk Spotlight) A fény nanoméretű szabályozása régóta csábítja a kutatókat, akik egy furcsa kvantummechanikai jelenséget, az úgynevezett lokalizált felszíni plazmonrezonanciát (LSPR) próbálnak kiaknázni. Amikor a fény kölcsönhatásba lép a fémmel nanorészecskék (NP) sokkal kisebb, mint a hullámhossza, számos figyelemre méltó dolog történik. Az energia nanométeres hotspotokba tömörül, az elektronok együttesen táncolnak a rezonanciafrekvenciákra, és az optikai mezők exponenciálisan erősödnek – új lehetőségeket nyitva a fényalapú technológiák előtt.
Az előrehaladást azonban továbbra is lelassítja az LSPR-t teljes mértékben kihasználó, bonyolult 3D NP-struktúrák létrehozására szolgáló módszerek hiánya. A tartós kihívás az, hogy egyszerű, de méretezhető módokat találjunk az NP-k függőleges egymásra halmozására, miközben megőrizzük a kompozíció és az architektúra finomhangolását. Az önszerelő technikák spontán módon növelhetik az NP-klasztereket, de a hagyományos kémiai megközelítések nehézségekbe ütköznek a speciális geometriák vagy a részecskék pozicionálása érdekében.
A szilárd-folyadék határfelületi gradienseken alapuló módszerek csak egy vagy két dimenzióban tudják kihasználni a részecskék önszerveződését. Az újabb sablonvezérelt 3D nyomtatási megközelítések sikeresen építettek centiméter magas plazmonikus szuperrácsokat. Azonban küzdenek az iterációhoz szükséges testreszabott oszloptervek kis tételeinek létrehozásával nanomérnöki.
Szintén kompromisszum van a mintázat összetettsége és a nagy léptékű egységesség között, mivel a nanostruktúrák továbbra is kiterjedt párolgási területen nőnek, nem pedig zárt zónán. Ez gyakorlati kihívásokhoz vezet a laboratóriumi alapú innováció speciális modulokká és nanoeszközökké való hatékony átültetéséhez.
Eredményeikről beszámolnak Small („Nano töltőtoll hibrid plazmonikus architektúrák írásához”), egy dél-koreai mérnökökből és tudósokból álló interdiszciplináris csapat kreatív stratégiát dolgozott ki a testre szabott NP-kombinációkból álló, különböző szabadon álló „kolloid oszlopok” 3D-nyomtatására. Speciális töltőtollakat készítenek, amelyek egyensúlyba hozzák a kapilláris áramlást és az oldószer elpárolgását, hogy irányítsák az NP-szuszpenziók folyékony önképződését – lényegében a fizikán keresztül irányítva az anyag autonóm szerveződését.
Töltőtoll ihlette írás mikrométeres skálán. a) A töltőtollal történő írás vázlata. b) Ultrafinom töltőtoll NP diszpergált tintához. A skála 5 µμm-t jelent. c) Pontszerű kolloid összeállítás vázlata. d) A kolloid szerelvény által írt mikrométer méretű szöveg (balra) és egy félfánk szerkezet SEM-képe (jobbra). A bal és a jobb oldali képek skálasávja 50, illetve 1 µm-t jelent. e) A 3D-s kolloid összeállítás vázlata. f ) Különféle 3D-s kolloid szerelvények (balra) és NP csomagolás (jobbra). A skála 10 µm-t (fekete) és 1 µm-t (fehér) jelöl. (Újranyomva a Wiley-VCH Verlag engedélyével)
Az áttörés lehetővé teszi a mikron alatti oszlopok optikai és szerkezeti tulajdonságainak pontos hangolását a részecskeméretek és a nanoanyagok keverésével. Az elgondolás bizonyítékaként a kutatók páratartalomra reagáló NP/bioanyag hajtóműveket mutatnak be. Ez az alapvető előrelépés egy rendkívül sokoldalú és hozzáférhető platformot hoz létre a testreszabott plazmonikus tervezéshez metaanyagok.
Ez az alacsony költségű, nagy áteresztőképességű megoldás-feldolgozási technika lehetővé teszi az optikai tulajdonságok hangolását a részecskeméretek és az anyagok egyetlen oszlopon belüli keverésével. A kutatók olyan lehetséges alkalmazásokat mutatnak be, mint a nedvességre érzékeny nanoaktorok. Az előrelépés rendkívül sokoldalú platformot hoz létre a testre szabott 3D plazmonikus struktúrák elkészítéséhez nanofotonika, fotokatalízis és nanoméretű eszközök.
A kulcsfontosságú innováció a tintatoll alapvető mechanikájának kicsinyítésében és újragondolásában rejlik. Makroskálán a töltőtollak a nedves tinta folyamatos adagolására támaszkodnak, miközben az oldószer elpárolog a papíron. A kutatócsoport egy kúpos üveg mikrokapilláris csövet tervezett, amely mikroszkopikus szinten utánozza ezt az írási folyamatot.
Kolloid NP tintába mártva a keskeny csőcsúcs néhány mikron széles párologtató kapilláris hidat képez. Miközben a tinta ezen az apró felületen magától összeáll, a kutatók pilléreket emelhetnek ki a hatszögletű gömböktől a spirális nanostruktúrákig. A tinta részecskekoncentrációjának megváltoztatása vagy két különböző NP-megoldás keverése lehetővé teszi a 3D architektúrák pontos hangolását.
Például a 80 nm-es arany NP-k (AuNP) és a kisebb, 20 nm-es AuNP-k kombinálása jelentősen megnöveli a maximális oszlopmagasságot. Ez azért történik, mert a nanopórusos szerelvény lehetővé teszi a folyadék kapilláris felemelkedését a 3D oszlopon belül, növelve a párolgási területet a tintaáram pótlásához. Ennek eredményeként a növekedés sebességét már nem korlátozza a csökkenő kapillárishídról való diffúzió.
A csapat elméleti elemzése egyenleteket ad a gyártási paraméterekhez, például a páratartalomhoz és a részecskesűrűséghez, a kísérletileg mért oszloptágulási sebességhez. Az ilyen szintű mennyiségi betekintés felbecsülhetetlen értékű lesz azok számára, akik a technikát konkrét alkalmazásokhoz szeretnék adaptálni.
A koncepció bizonyítékaként a kutatók számos optikai hangolhatóságot mutattak be az NFP segítségével. Az AuNP-k és az ezüst NP-k keverése egyenletesen elosztott összetételű, önállóan összeállított félfánk formákat eredményezett. A kis és nagy AuNP-k arányának megváltoztatása szabályozott fényelnyelési tulajdonságokkal rendelkező pillér-nanostruktúrákat eredményezett.
A csapat aszimmetrikus „Janus” oszlopokat nyomtatott egyik oldalukon NP tintával, a másik oldalukra pedig rúdszerű M13 bakteriofágokat tartalmazó funkcionális biológiai tintával. Az M13 érzékenysége a páratartalom gradienseire reverzibilis hajlító mozgásokat indukált, lényegében miniatűr, nedvesség által vezérelt aktuátorokat hozott létre a kétoldalas oszlopokból.
Bináris kolloidhalmaz függőleges növekedése. a) Optikai mikrofelvételek sorozata, amely a bináris kolloidhalmaz függőleges növekedését mutatja. A skála 50 µm-t jelent. b) Az elérhető növekedési sebességek a 80 nm-es AuNP-oldat alapján. c) Az elérhető növekedési sebességek a 20 nm-es AuNP-oldat és 2-részecskék=fL 80 nm-es AuNP-oldat alapján. d) SEM képek a (c) pontban I, II, III és IV jelekkel jelölt mikropillérekről. A skála 10 µm-t jelent. e) SEM felvételek a (d) pontban I, II és III jelekkel jelölt mikropillérek nanostruktúráiról. A skála 200 nm-t jelöl. f ) FIB-vel mart mikropillér FESEM-képe. A skála 5 µm-t jelent. g) FESEM kép egy mikropillér keresztmetszetéről, amely egyetlen (bal) és bináris összetételből (jobbra) épül fel. A skála 200 nm-t jelöl. (Újranyomva a Wiley-VCH Verlag engedélyével)
Ez ösztönzi az ötleteket még bonyolultabb kolloid gépek gyártására különböző beépítéssel nanoanyagok, katalizátorok vagy fehérjék egyetlen 3D-nyomtatott oszlopon belül. A lehetőségek tárháza rávilágít arra, hogy a kutatók megtévesztően egyszerű toll-papír-koncepciója hogyan bővíti ki a fejlett nanomérnöki eszköztárat.
Az elpárologtató töltőtoll módszertana megkerüli az alternatív gyártási stratégiákat visszatartó korlátokat is. A szilárd-folyadék határfelületi gradienseken alapuló módszerek csak egy vagy két dimenzióban tudják kihasználni a részecskék önszerveződését. Az újabb sablonvezérelt 3D nyomtatási megközelítések sikeresen építettek centiméter magas plazmonikus szuperrácsokat. Mindazonáltal küzdenek az iteratív nanomérnöki tervezéshez szükséges, testreszabott oszloptervek kis tételeinek létrehozásával.
Szintén kompromisszum van a mintázat összetettsége és a nagy léptékű egységesség között, mivel a nanostruktúrák továbbra is kiterjedt párolgási területen nőnek, nem pedig zárt zónán. Ez gyakorlati kihívásokhoz vezet a laboratóriumi alapú innováció speciális modulokká és nanoeszközökké való hatékony átültetéséhez.
A bejelentett NFP-technika lényegében zsugorodó 3D-nyomtatóként működik, de természetesen irányított, nem pedig kívülről erőltetett összeszereléssel. Ha mindent a felület és a toll hegye közötti mikroszkopikus interfészre lokalizálunk, akkor a skálázhatóság elvesztése nélkül kitűnő tér-idő-vezérlést tesz lehetővé.
Az így létrejövő képesség a gyártás közbeni paraméterek folyamatos megváltoztatására és a 10 mikronnál kisebb méretű heterogén oszlopok építésére új távlatokat nyit a gyors nanoprototipizáláshoz. Elképzelhető, hogy a tudósok menet közben terveznek egyedi NP-struktúrákat, hogy teljesítsék a teljesítménycélokat, vagy különböző célokat szolgáljanak egy integrált nanorendszeren belül.
Ez az áttörést jelentő tanulmány erős alapot biztosít számos izgalmas irányhoz. A következő fázis több nanorészecsketípusra és tintákra való kiterjesztéssel jár, amelyek a plazmonikán túlmenően szélesebb körű funkciókkal rendelkeznek. A határok feszegetése érdekében a kutatóknak optimalizálniuk kell a nyomtatási sebességet, az architektúra stabilitását és az interfész méreteit is.
Egy másik kritikus feladat az alternatív szubsztrátumok vizsgálata, mivel a jelenlegi szilícium-dioxid lapkákra való támaszkodás kihívást jelent a nanostruktúrák eszközökbe vagy nem sík felületekre történő integrálása során. Végül a tározómérnöki vagy többtollas technikák feltárása tovább bővítheti a hangolható kompozíciós komplexitást a 3D kolloid összeállításhoz.
A kutatók töltőtoll-módszertana kulcsfontosságú előrelépést jelent a nanogyártásban, ötvözi az irányított összeszerelés sokoldalú előnyeit az önszerelés skálázhatóságával. Ez a tanulmány lényegében átalakítja a mindennapi szárító tollat egy erőteljes, mégis hozzáférhető nanomintázó platformmá.
A bejelentett technika ideális hídként szolgálhat a nanotudományi kutatás és a valós technológiai fejlesztés között. A széles körű nanoszerkezeti kompozíciók és geometriák tesztelésének képessége megkönnyíti a gyors prototípuskészítést, hogy optimalizálja a terveket a célalkalmazásokhoz. Eközben a kiszámítható fizika egy apró interfészre korlátozódik, amely lehetővé teszi a tömeggyártáshoz való egyszerű méretezést.
A kereskedelmi és társadalmi hatások mélyrehatóak lehetnek, mivel a kutatók kihasználják ennek a megközelítésnek az ágazatok közötti általánosíthatóságát. Az orvosbiológiai fronton a testreszabott 3D nukleinsav nanostruktúrák célzott gyógyszerbejuttatást vagy egysejt-transzfekciót tehetnek lehetővé. A programozható optikai rezonanciával rendelkező plazmonikus oszlopok az ultraérzékeny molekuláris detektáló platformok alapját képezhetik. A technikát használó metaanyagok keverése és egyesítése fokozott katalitikus folyamatokhoz és energiaátalakítási rendszerekhez vezethet.
Ha előre tekintünk, bővelkedik a lehetőség a több anyagból történő nyomtatás, a funkcionális nanorészecskés tinták és a 3D-mintázat nem sík felületekre történő beépítésére – ez jelentősen növeli a tervezés bonyolultságát.
– Michael a Royal Society of Chemistry három könyvének szerzője:
Nanotársadalom: a technológia határainak feszegetése,
Nanotechnológia: A jövő apróés
Nanomérnöki tervezés: A technológiát láthatatlanná tevő készségek és eszközök
copyright ©
Nanowerk LLC
Legyen a Spotlight vendégszerzője! Csatlakozz nagy és növekvő csoportunkhoz vendég közreműködők. Nemrég publikált tudományos cikket, vagy más izgalmas fejleményeket szeretne megosztani a nanotechnológiai közösséggel? Így tehet közzé a nanowerk.com oldalon.
- SEO által támogatott tartalom és PR terjesztés. Erősödjön még ma.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Erősítse meg magát. Hozzáférés itt.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Felerősített tudás. Hozzáférés itt.
- PlatoESG. Carbon, CleanTech, Energia, Környezet, Nap, Hulladékgazdálkodás. Hozzáférés itt.
- PlatoHealth. Biotechnológiai és klinikai vizsgálatok intelligencia. Hozzáférés itt.
- Forrás: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64376.php
- :van
- :is
- :ahol
- $ UP
- 1
- 10
- 20
- 31
- 32
- 3d
- 3D nyomtatás
- 50
- 7
- 8
- 80
- 9
- a
- hozzáférhető
- át
- alkalmazkodni
- előre
- fejlett
- haladás
- előnyei
- előre
- lehetővé teszi, hogy
- Is
- alternatív
- an
- elemzés
- és a
- Másik
- alkalmazások
- megközelítés
- megközelít
- építészet
- TERÜLET
- Sor
- AS
- Assembly
- At
- szerző
- autonóm
- elérhető
- b
- vissza
- Egyenleg
- bár
- bárok
- bázis
- alapján
- alapvető
- alap
- BE
- mert
- hogy
- Berger
- között
- Túl
- orvosbiológiai
- Fekete
- üres
- Könyvek
- növeli
- határait
- szélesség
- áttörés
- HÍD
- bővül
- épít
- épült
- de
- by
- hívott
- TUD
- nem tud
- Kapacitás
- katalizátorok
- sejt
- Központ
- kihívás
- kihívások
- változó
- kémia
- Fürt
- együttesen
- kombinációk
- kombinálása
- kereskedelmi
- közösség
- bonyolult
- bonyolultság
- áll
- összetétel
- koncentráció
- koncepció
- konstrukció
- folyamatosan
- ellenőrzés
- vezérelt
- kontrolling
- Átalakítás
- tudott
- teremt
- létrehozása
- Kreatív
- kritikai
- Kereszt
- Jelenlegi
- szokás
- szabott
- tánc
- találka
- kézbesítés
- bizonyítani
- igazolták
- sűrűség
- Design
- tervezett
- tervezés
- tervek
- Érzékelés
- fejlett
- Fejlesztés
- fejlesztések
- Eszközök
- különböző
- Diffusion
- méretek
- csökkenő
- közvetlen
- irányított
- irányok
- felfedezés
- szétszórt
- megosztott
- számos
- le-
- gyógyszer
- Kábítószer-szállítás
- e
- eredményesen
- elektronok
- lehetővé
- lehetővé teszi
- Végtelen
- tartós
- energia
- Mérnöki
- Mérnökök
- fokozott
- felidézi vminek a képét
- egyenletek
- lényegében
- megállapítja
- Még
- egyenletesen
- mindennapi
- minden
- példa
- izgalmas
- kiállító
- bővülő
- kitágul
- terjeszkedés
- Exploit
- Feltárása
- exponenciálisan
- tökéletes
- kiterjedt
- külsőleg
- rendkívüli módon
- megkönnyíti
- messze
- kevés
- Fields
- Végül
- megtalálása
- megállapítások
- áramlási
- folyadék
- A
- erők
- forma
- formák
- szökőkút
- ból ből
- front
- teljesen
- funkcionális
- funkciós
- funkciók
- alapvető
- alapvetően
- további
- jövő
- gif
- üveg
- Arany
- színátmenetek
- úttörő
- Csoport
- Nő
- Növekvő
- Növekedés
- Vendég
- vezetett
- irányadó
- megtörténik
- hám
- hasznosítása
- Legyen
- magasság
- kiemeli
- holding
- Horizons
- Hogyan
- How To
- azonban
- HTTPS
- hibrid
- i
- ideális
- ötletek
- if
- ii
- III
- kép
- képek
- Hatások
- kiszabott
- in
- amely magában foglalja
- növekvő
- Innováció
- Insight
- integrált
- integrálása
- kölcsönhatásba lép
- Felület
- bele
- bonyolult
- felbecsülhetetlen
- kitalálja
- ITS
- csatlakozik
- jpg
- éppen
- Kulcs
- korea
- hiány
- nagy
- nagyarányú
- Törvény
- vezet
- vezetékek
- balra
- kevesebb
- szint
- Tőkeáttétel
- fekszik
- fény
- mint
- korlátozások
- Korlátozott
- logo
- Hosszú
- hosszabb
- keres
- vesztes
- olcsó
- gép
- készült
- fenntartása
- csinál
- Gyártás
- gyártási
- sok
- megjelölt
- Tömeg
- anyagok
- Anyag
- maximális
- Lehet..
- Közben
- megmért
- mechanikai
- mechanika
- Találkozik
- metaanyagok
- módszer
- Módszertan
- mód
- Michael
- Középső
- vegyes
- Keverés
- Modulok
- molekuláris
- több
- mozgások
- kell
- név
- A nanoanyagok
- nanofotonikát
- nanotechnológia
- szükséges
- Új
- új távlatok
- következő
- NFP
- nem
- előfordul
- of
- on
- ONE
- csak
- nyitás
- Optimalizálja
- or
- szervezet
- Más
- mi
- ki
- felett
- saját
- csomagolt
- Papír
- paradigma
- paraméterek
- részecske
- Mintás
- teljesítmény
- engedély
- fázis
- jelenség
- PHP
- Fizika
- Pillér
- pilléreket
- döntő
- emelvény
- Platformok
- Plató
- Platón adatintelligencia
- PlatoData
- pózok
- pozíció
- lehetőségek
- potenciális
- erős
- Gyakorlati
- pontos
- pontosan
- Kiszámítható
- nyomtatás
- folyamat
- Folyamatok
- feldolgozás
- Készült
- Termelés
- mélységes
- programozható
- Haladás
- bizonyíték
- bizonyíték a koncepcióra
- ingatlanait
- Fehérjék
- prototípus
- biztosít
- közzétesz
- közzétett
- kiadó
- célokra
- Nyomja
- Toló
- mennyiségi
- Kvantum
- kezdve
- gyors
- Az árak
- Inkább
- való Világ
- új
- újragondolás
- bizalom
- támaszkodnak
- maradványok
- figyelemre méltó
- Számolt
- Jelentő
- képvisel
- jelentése
- kutatás
- kutatók
- rezonancia
- illetőleg
- eredményez
- kapott
- jobb
- Emelkedik
- királyi
- s
- skálázhatóság
- skálázható
- Skála
- Mérleg
- skálázás
- rendszer
- tudományos
- tudósok
- Rész
- ágazatok
- keres
- SEM
- Series of
- szolgál
- számos
- formák
- Megosztás
- váltás
- kirakat
- mutató
- oldal
- jelentősen
- Ezüst
- Egyszerű
- óta
- egyetlen
- méretek
- készségek
- kicsi
- kisebb
- társadalmi
- Társadalom
- megoldások
- Megoldások
- Dél
- Dél-Korea
- specializált
- különleges
- sebesség
- sebesség
- reflektorfény
- Stabilitás
- felhalmozás
- szabvány
- Még mindig
- serkenti
- egyértelmű
- furcsa
- stratégiák
- Stratégia
- erős
- szerkezeti
- struktúra
- struktúrák
- Küzdelem
- Tanulmány
- sikeresen
- ilyen
- mellékelt
- felületi
- felfüggesztések
- Systems
- szabott
- cél
- célzott
- célok
- Feladat
- csapat
- technika
- technikák
- Technologies
- Technológia
- Technologiai fejlodes
- teszt
- szöveg
- mint
- hogy
- A
- A jövő
- azok
- elméleti
- Ott.
- ők
- dolgok
- Gondolkodás
- ezt
- azok
- három
- Keresztül
- típus
- nak nek
- eszköztár
- szerszámok
- hagyományos
- Átalakítás
- transzformáció
- tendencia
- kettő
- típusok
- kinyitja
- Frissítés
- URL
- segítségével
- fajta
- sokoldalú
- függőleges
- függőlegesen
- módon
- we
- amikor
- míg
- fehér
- széles
- szélesebb
- lesz
- val vel
- belül
- nélkül
- írás
- írott
- még
- engedett
- te
- A te
- zephyrnet