10 Januari 2024
(Spotlight Nanowerk) Mengontrol cahaya pada skala nano telah lama menarik para peneliti untuk mengeksploitasi fenomena mekanika kuantum aneh yang disebut resonansi plasmon permukaan lokal (LSPR). Ketika cahaya berinteraksi dengan logam nanopartikel (NPs) jauh lebih kecil dari panjang gelombangnya, beberapa hal luar biasa terjadi. Energi dikompresi menjadi hotspot nanometrik, elektron menari secara kolektif mengikuti frekuensi resonansi, dan medan optik meningkat secara eksponensial – membuka kemungkinan baru bagi teknologi berbasis cahaya.
Namun kemajuannya masih terhambat karena kurangnya metode untuk membangun struktur NP 3D rumit yang sepenuhnya memanfaatkan LSPR. Tantangan yang terus berlanjut adalah menemukan cara sederhana namun terukur untuk menyusun NP secara vertikal sambil mempertahankan kontrol yang tepat terhadap komposisi dan arsitektur. Teknik perakitan mandiri dapat secara spontan menumbuhkan kelompok NP, tetapi pendekatan kimia tradisional kesulitan untuk membuat geometri khusus atau memposisikan partikel dengan sengaja.
Metode yang bergantung pada gradien antarmuka padat-cair hanya dapat memanfaatkan perakitan partikel dalam satu atau dua dimensi. Pendekatan pencetakan 3D berpemandu template yang lebih baru telah berhasil membangun superlattice plasmonik setinggi sentimeter. Namun, mereka kesulitan membuat sejumlah kecil desain pilar khusus yang diperlukan untuk iteratif rekayasa nano.
Ada juga trade-off antara kompleksitas pola dan keseragaman skala besar karena struktur nano masih tumbuh di area penguapan yang luas dibandingkan di zona terbatas. Hal ini menimbulkan tantangan praktis untuk menerjemahkan inovasi berbasis laboratorium secara efisien ke dalam modul khusus dan perangkat nano.
Melaporkan temuan mereka di Kecil (“Pena Nanofountain untuk Menulis Arsitektur Plasmonik Hibrida”), tim insinyur dan ilmuwan interdisipliner dari Korea Selatan mengembangkan strategi kreatif untuk mencetak 3D beragam “pilar koloid” yang berdiri sendiri dan terbuat dari kombinasi NP yang dibuat khusus. Mereka membuat pulpen khusus yang menyeimbangkan aliran kapiler dan penguapan pelarut untuk mengarahkan perakitan suspensi NP yang bersifat fluida – yang pada dasarnya memandu pengorganisasian materi secara otonom melalui fisika.
Tulisan yang terinspirasi dari pulpen pada skala mikrometer. a) Skema penulisan menggunakan pulpen. b) Pulpen ultrafine untuk tinta NP yang tersebar. Bilah skala mewakili 5 µμm. c) Skema perakitan koloid seperti titik. d) Teks berukuran mikrometer yang ditulis dengan susunan koloid (kiri) dan gambar SEM struktur setengah donat (kanan). Bilah skala pada gambar kiri dan kanan masing-masing mewakili 50 dan 1 µm. e) Skema perakitan koloid 3D. f ) Beragam kumpulan koloid 3D (kiri) dan pengepakan NP (kanan). Bilah skala mewakili 10 µm (hitam) dan 1 µm (putih). (Dicetak ulang dengan izin dari Wiley-VCH Verlag)
Terobosan ini memungkinkan sifat optik dan struktur pilar sub-mikron disesuaikan secara tepat dengan mencampurkan ukuran partikel dan bahan nano. Sebagai bukti konsep, para peneliti mendemonstrasikan aktuator NP/biomaterial yang responsif terhadap kelembapan. Kemajuan mendasar ini menciptakan platform yang sangat serbaguna dan mudah diakses untuk merancang plasmonik yang disesuaikan metamaterial.
Teknik pemrosesan solusi berbiaya rendah dan throughput tinggi ini memungkinkan penyesuaian sifat optik dengan mencampurkan ukuran partikel dan material dalam satu pilar. Para peneliti menunjukkan aplikasi potensial seperti nanoaktuator yang responsif terhadap kelembapan. Kemajuan ini menciptakan platform yang sangat serbaguna untuk membuat struktur plasmonik 3D yang dirancang khusus nanofotonik, fotokatalisis dan perangkat skala nano.
Inovasi utamanya terletak pada pengurangan dan penataan ulang mekanisme dasar pena tinta. Pada skala makro, pulpen mengandalkan tinta basah yang disuplai secara terus menerus sementara pelarutnya menguap di atas kertas. Tim peneliti merancang tabung mikrokapiler kaca meruncing yang meniru proses penulisan pada tingkat mikroskopis.
Ketika dicelupkan ke dalam tinta NP koloid, ujung tabung yang sempit membentuk jembatan kapiler yang menguap dengan lebar hanya beberapa mikron. Saat tinta berkumpul di antarmuka kecil ini, peneliti dapat menarik pilar mulai dari bola heksagonal hingga struktur nano heliks. Mengubah konsentrasi partikel dalam tinta atau mencampurkan dua larutan NP yang berbeda memungkinkan penyesuaian arsitektur 3D secara presisi.
Misalnya, menggabungkan NP emas (AuNP) 80 nm dengan AuNP 20 nm yang lebih kecil secara signifikan meningkatkan tinggi pilar maksimum. Hal ini terjadi karena rakitan nanopori memungkinkan peningkatan kapiler cairan di dalam pilar 3D, sehingga meningkatkan area penguapan untuk mengisi kembali aliran tinta. Akibatnya, kecepatan pertumbuhan tidak lagi dibatasi oleh difusi dari jembatan kapiler yang semakin mengecil.
Analisis teoritis tim memberikan persamaan yang berkaitan dengan parameter fabrikasi seperti kelembaban dan kepadatan partikel dengan tingkat ekspansi pilar yang diukur secara eksperimental. Tingkat wawasan kuantitatif ini akan sangat berharga bagi mereka yang ingin mengadaptasi teknik ini untuk aplikasi spesifik.
Sebagai pembuktian konsep, para peneliti mendemonstrasikan berbagai kemampuan penyesuaian optik menggunakan NFP. Pencampuran AuNP dan NP perak menghasilkan bentuk setengah donat yang dirakit sendiri dengan komposisi yang merata. Mengubah proporsi AuNP kecil dan besar menghasilkan struktur nano pilar yang menunjukkan sifat penyerapan cahaya terkontrol.
Tim mencetak pilar “Janus” asimetris menggunakan tinta NP di satu sisi dan tinta biologis fungsional yang mengandung bakteriofag M13 berbentuk batang di sisi lain. Responsif M13 terhadap gradien kelembapan menyebabkan gerakan tekuk yang dapat dibalik, yang pada dasarnya menciptakan miniatur aktuator yang digerakkan oleh kelembapan dari pilar bermuka dua.
Pertumbuhan vertikal cluster koloid biner. a) Serangkaian mikrograf optik yang menunjukkan pertumbuhan vertikal gugus koloid biner. Bilah skala mewakili 50 µm. b) Kecepatan pertumbuhan yang tersedia berdasarkan solusi AuNP 80 nm. c) Kecepatan pertumbuhan yang tersedia berdasarkan larutan AuNP 20 nm yang dicampur dengan 2 partikel = fL larutan AuNP 80 nm. d) Gambar SEM mikropilar bertanda I, II, III, dan IV pada (c). Bilah skala mewakili 10 µm. e) Gambar SEM dari struktur nano mikropilar ditandai sebagai I, II, dan III pada (d). Bilah skala mewakili 200nm. f ) Gambar FESEM dari mikropilar yang digiling dengan FIB. Bilah skala mewakili 5 µm. g) Gambar FESEM penampang mikropilar yang tersusun atas komposisi tunggal (kiri) dan biner (kanan). Bilah skala mewakili 200nm. (Dicetak ulang dengan izin dari Wiley-VCH Verlag)
Hal ini merangsang ide-ide untuk memproduksi mesin koloid yang lebih kompleks dengan menggabungkan mesin-mesin koloid yang berbeda Nanomaterials, katalis atau protein dalam satu pilar cetak 3D. Luasnya kemungkinan menyoroti bagaimana konsep pena di atas kertas yang tampak sederhana dari para peneliti secara mendasar memperluas perangkat untuk rekayasa nano tingkat lanjut.
Metodologi pulpen evaporatif juga menghindari keterbatasan yang menghambat strategi fabrikasi alternatif. Metode yang bergantung pada gradien antarmuka padat-cair hanya dapat memanfaatkan perakitan partikel dalam satu atau dua dimensi. Pendekatan pencetakan 3D berpemandu template yang lebih baru telah berhasil membangun superlattice plasmonik setinggi sentimeter. Namun, mereka kesulitan membuat sejumlah kecil desain pilar khusus yang diperlukan untuk rekayasa nano berulang.
Ada juga trade-off antara kompleksitas pola dan keseragaman skala besar karena struktur nano masih tumbuh di area penguapan yang luas dibandingkan di zona terbatas. Hal ini menimbulkan tantangan praktis untuk menerjemahkan inovasi berbasis laboratorium secara efisien ke dalam modul khusus dan perangkat nano.
Teknik NFP yang dilaporkan pada dasarnya berfungsi sebagai printer 3D yang menyusut tetapi dengan perakitan yang dipandu secara alami dan bukan yang dipaksakan secara eksternal. Melokalisasi segala sesuatu ke antarmuka mikroskopis antara permukaan dan ujung pena memungkinkan kontrol spatiotemporal yang sangat baik tanpa kehilangan skalabilitas.
Kapasitas yang dihasilkan untuk terus mengubah parameter di tengah fabrikasi dan membangun pilar heterogen dengan lebar kurang dari 10 mikron membuka cakrawala baru untuk nanoprototyping yang cepat. Kita dapat membayangkan para ilmuwan merancang struktur NP khusus dengan cepat untuk memenuhi target kinerja atau melayani tujuan berbeda dalam sistem nano terintegrasi.
Studi terobosan ini memberikan dasar yang kuat bagi banyak arah yang menarik. Fase berikutnya memerlukan perluasan ke lebih banyak jenis nanopartikel dan tinta dengan beragam fungsi di luar plasmonik. Peneliti juga harus mengoptimalkan kecepatan pencetakan, stabilitas arsitektur, dan ukuran antarmuka untuk melampaui batas.
Tugas penting lainnya adalah menyelidiki substrat alternatif karena ketergantungan pada wafer silika saat ini menimbulkan tantangan untuk mengintegrasikan struktur nano dalam perangkat atau ke permukaan non-planar. Terakhir, mengeksplorasi teknik reservoir atau teknik multi-pen dapat memperluas kompleksitas komposisi yang dapat disesuaikan untuk perakitan koloid 3D.
Metodologi pulpen para peneliti mewakili kemajuan penting dalam fabrikasi nano, menggabungkan keunggulan serbaguna dari perakitan terarah dengan skalabilitas perakitan mandiri. Studi ini pada dasarnya mengubah pena pengering sehari-hari menjadi platform pola nano yang kuat namun dapat diakses.
Teknik yang dilaporkan ini dapat berfungsi sebagai jembatan ideal antara penelitian nanosains dan pengembangan teknologi dunia nyata. Kapasitas untuk menguji komposisi dan geometri struktur nano yang luas memfasilitasi pembuatan prototipe cepat untuk mengoptimalkan desain untuk aplikasi target. Sementara itu, fisika yang dapat diprediksi dan terbatas pada antarmuka kecil memungkinkan peningkatan skala yang mudah untuk produksi massal.
Dampak komersial dan sosial bisa sangat besar jika para peneliti mengeksploitasi kemampuan generalisasi pendekatan ini di berbagai sektor. Di bidang biomedis, struktur nano asam nukleat 3D yang disesuaikan dapat memungkinkan pemberian obat yang ditargetkan atau transfeksi sel tunggal. Pilar plasmonik dengan resonansi optik yang dapat diprogram dapat menjadi dasar platform deteksi molekul ultrasensitif. Metamaterial padu-padan menggunakan teknik ini dapat mengarah pada peningkatan proses katalitik dan sistem konversi energi.
Ke depan, ada banyak kemungkinan untuk menggabungkan pencetakan multi-bahan, tinta nanopartikel fungsional, dan pola 3D ke permukaan non-planar – sehingga memperluas kompleksitas desain.
– Michael adalah penulis tiga buku oleh Royal Society of Chemistry:
Masyarakat Nano: Mendorong Batas Teknologi,
Nanoteknologi: Masa Depan Mungil, dan
Nanoengineering: Keterampilan dan Peralatan Membuat Teknologi Tak Terlihat
Hak Cipta ©
Nanowerk LLC
Menjadi penulis tamu Spotlight! Bergabunglah dengan grup kami yang besar dan terus berkembang kontributor tamu. Apakah Anda baru saja menerbitkan makalah ilmiah atau memiliki perkembangan menarik lainnya untuk dibagikan dengan komunitas nanoteknologi? Berikut adalah cara mempublikasikan di nanowerk.com.
- Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
- PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
- PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
- PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
- PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
- Sumber: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64376.php
- :memiliki
- :adalah
- :Di mana
- $NAIK
- 1
- 10
- 20
- 31
- 32
- 3d
- 3D Printing
- 50
- 7
- 8
- 80
- 9
- a
- dapat diakses
- di seluruh
- menyesuaikan
- memajukan
- maju
- kemajuan
- keuntungan
- di depan
- memungkinkan
- juga
- alternatif
- an
- analisis
- dan
- Lain
- aplikasi
- pendekatan
- pendekatan
- arsitektur
- DAERAH
- susunan
- AS
- Majelis
- At
- penulis
- otonom
- tersedia
- b
- kembali
- Saldo
- bar
- bar
- mendasarkan
- berdasarkan
- dasar
- dasar
- BE
- karena
- makhluk
- Berger
- antara
- Luar
- biomedis
- Black
- kosong
- Buku-buku
- meningkatkan
- batas-batas
- luasnya
- terobosan
- JEMBATAN
- memperluas
- membangun
- dibangun di
- tapi
- by
- bernama
- CAN
- tidak bisa
- Kapasitas
- katalis
- sel
- pusat
- menantang
- tantangan
- mengubah
- kimia
- Kelompok
- kolektif
- kombinasi
- menggabungkan
- komersial
- masyarakat
- kompleks
- kompleksitas
- tersusun
- komposisi
- konsentrasi
- konsep
- membangun
- terus menerus
- kontrol
- dikendalikan
- mengendalikan
- Konversi
- bisa
- membuat
- membuat
- Kreatif
- kritis
- Cross
- terbaru
- adat
- disesuaikan
- menari
- Tanggal
- pengiriman
- mendemonstrasikan
- menunjukkan
- kepadatan
- Mendesain
- dirancang
- merancang
- desain
- Deteksi
- dikembangkan
- Pengembangan
- Perkembangan
- Devices
- berbeda
- Difusi
- ukuran
- berkurang
- langsung
- diarahkan
- arah
- penemuan
- tersebar
- didistribusikan
- beberapa
- turun
- obat
- Pengiriman Obat
- e
- efisien
- elektron
- aktif
- memungkinkan
- Tak berujung
- abadi
- energi
- Teknik
- Insinyur
- ditingkatkan
- membayangkan
- persamaan
- dasarnya
- menetapkan
- Bahkan
- rata
- sehari-hari
- segala sesuatu
- contoh
- menarik
- Menunjukkan
- memperluas
- mengembang
- perluasan
- Mengeksploitasi
- Menjelajahi
- eksponensial
- indah
- luas
- secara eksternal
- sangat
- memfasilitasi
- jauh
- beberapa
- Fields
- Akhirnya
- temuan
- Temuan
- aliran
- cairan
- Untuk
- pasukan
- bentuk
- bentuk
- air mancur
- dari
- depan
- sepenuhnya
- fungsionil
- fungsionalitas
- fungsi
- mendasar
- secara fundamental
- lebih lanjut
- masa depan
- gif
- kaca
- Gold
- gradien
- groundbreaking
- Kelompok
- Tumbuh
- Pertumbuhan
- Pertumbuhan
- Tamu
- kendali
- membimbing
- Terjadi
- memanfaatkan
- Memanfaatkan
- Memiliki
- tinggi
- highlight
- memegang
- Horizons
- Seterpercayaapakah Olymp Trade? Kesimpulan
- How To
- Namun
- HTTPS
- Hibrida
- i
- ideal
- ide-ide
- if
- ii
- iii
- gambar
- gambar
- dampak
- Dikenakan
- in
- menggabungkan
- meningkatkan
- Innovation
- wawasan
- terpadu
- Mengintegrasikan
- interaktif
- Antarmuka
- ke
- rumit
- tak ternilai
- menciptakan
- NYA
- ikut
- jpg
- hanya
- kunci
- Korea
- Kekurangan
- besar
- besar-besaran
- Hukum
- memimpin
- Memimpin
- meninggalkan
- kurang
- Tingkat
- Leverage
- terletak
- cahaya
- 'like'
- keterbatasan
- Terbatas
- logo
- Panjang
- lagi
- mencari
- kehilangan
- murah
- Mesin
- terbuat
- mempertahankan
- membuat
- Membuat
- pabrik
- banyak
- ditandai
- Massa
- bahan
- hal
- maksimum
- Mungkin..
- Sementara itu
- diukur
- mekanis
- mekanika
- Pelajari
- metamaterial
- metode
- Metodologi
- metode
- Michael
- Tengah
- campur aduk
- Percampuran
- Modul
- molekuler
- lebih
- gerakan
- harus
- nama
- Nanomaterials
- Nanofotonik
- нанотехнологии
- dibutuhkan
- New
- cakrawala baru
- berikutnya
- nfp
- tidak
- terjadi
- of
- on
- ONE
- hanya
- pembukaan
- Optimize
- or
- organisasi
- Lainnya
- kami
- di luar
- lebih
- sendiri
- penuh sesak
- kertas
- pola pikir
- parameter
- partikel
- pola
- prestasi
- izin
- tahap
- gejala
- PHP
- Fisika
- Pilar
- pilar
- sangat penting
- Platform
- Platform
- plato
- Kecerdasan Data Plato
- Data Plato
- pose
- posisi
- kemungkinan
- potensi
- kuat
- Praktis
- perlu
- tepat
- Bisa ditebak
- Mencetak
- cetak
- proses
- proses
- pengolahan
- Diproduksi
- Produksi
- mendalam
- diprogram
- Kemajuan
- bukti
- bukti konsep
- properties
- Protein
- prototyping
- menyediakan
- menerbitkan
- diterbitkan
- penerbit
- tujuan
- Dorong
- Mendorong
- kuantitatif
- Kuantum
- mulai
- cepat
- Tarif
- agak
- dunia nyata
- baru
- menata kembali
- kepercayaan
- mengandalkan
- sisa
- luar biasa
- Dilaporkan
- Pelaporan
- mewakili
- merupakan
- penelitian
- peneliti
- resonansi
- masing-masing
- mengakibatkan
- dihasilkan
- benar
- Naik
- kerajaan
- s
- Skalabilitas
- terukur
- Skala
- sisik
- skala
- skema
- ilmiah
- ilmuwan
- Bagian
- Sektor
- pencarian
- SEM
- Seri
- melayani
- beberapa
- bentuk
- Share
- bergeser
- menampilkan
- menunjukkan
- sisi
- signifikan
- Silver
- Sederhana
- sejak
- tunggal
- ukuran
- keterampilan
- kecil
- lebih kecil
- masyarakat
- Masyarakat
- larutan
- Solusi
- Selatan
- Korea Selatan
- khusus
- tertentu
- kecepatan
- kecepatan
- lampu sorot
- Stabilitas
- menumpuk
- standar
- Masih
- merangsang
- mudah
- aneh
- strategi
- Penyelarasan
- kuat
- struktural
- struktur
- struktur
- Perjuangan
- Belajar
- berhasil
- seperti itu
- dipasok
- Permukaan
- Penangguhan
- sistem
- disesuaikan
- target
- ditargetkan
- target
- tugas
- tim
- teknik
- teknik
- Teknologi
- Teknologi
- Pengembangan Teknologi
- uji
- teks
- dari
- bahwa
- Grafik
- Masa depan
- mereka
- teoretis
- Sana.
- mereka
- hal
- Pikir
- ini
- itu
- tiga
- Melalui
- ujung
- untuk
- toolkit
- alat
- tradisional
- Mengubah
- transformasi
- kecenderungan
- dua
- jenis
- membuka kunci
- Pembaruan
- URL
- menggunakan
- variasi
- serba guna
- vertikal
- secara vertikal
- cara
- we
- ketika
- sementara
- putih
- lebar
- lebih luas
- akan
- dengan
- dalam
- tanpa
- penulisan
- tertulis
- namun
- menghasilkan
- kamu
- Anda
- zephyrnet.dll