10 בינואר 2024
(Nanowerk זרקורשליטה באור בקנה מידה ננומטרי פיתתה זה מכבר חוקרים המבקשים לנצל תופעה מכנית קוונטית מוזרה הנקראת תהודה פלסמונית מקומית (LSPR). כאשר האור יוצר אינטראקציה עם מתכתי חלקיקים (NPs) זעיר בהרבה מאורך הגל שלו, מתרחשים כמה דברים מדהימים. אנרגיה נדחסת לנקודות חמות ננומטריות, אלקטרונים רוקדים ביחד לתדרי תהודה, ושדות אופטיים מתעצמים באופן אקספוננציאלי - פותחים אפשרויות חדשות לטכנולוגיות מבוססות אור. עם זאת, ההתקדמות עדיין מואטת בשל היעדר שיטות לבניית מבני NP תלת מימדיים הרותמים את LSPR באופן מלא. האתגר המתמשך הוא למצוא דרכים פשוטות אך ניתנות להרחבה לערימת NPs אנכית תוך שמירה על שליטה מכווננת על קומפוזיציה וארכיטקטורה. טכניקות של הרכבה עצמית יכולות להצמיח באופן ספונטני אשכולות NP, אך גישות כימיה מסורתיות מתקשות ליצור גיאומטריות מיוחדות או למקם חלקיקים בכוונה. שיטות הנשענות על גרדיאנטים של ממשק מוצק-נוזל יכולות למנף רק הרכבה עצמית של חלקיקים בממד אחד או שני. גישות עדכניות יותר להדפסת תלת מימד מונחות תבניות בנו בהצלחה סריג פלסמוני בגובה סנטימטרים. עם זאת, הם מתקשים ליצור קבוצות קטנות של עיצובי עמודים מותאמים אישית הדרושים לאיטרטיביות הנדסת ננו. יש גם פשרה בין מורכבות הדפוס לאחידות בקנה מידה גדול, שכן הננו-מבנים עדיין גדלים על פני אזור אידוי נרחב ולא על אזור מוגבל. זה מוביל לאתגרים מעשיים לתרגום יעיל של חדשנות מבוססת מעבדה למודולים מיוחדים וננו-מכשירים. דיווח על ממצאיהם ב קָטָן ("עט ננובע לכתיבת ארכיטקטורות פלסמוניות היברידיות"), צוות בינתחומי של מהנדסים ומדענים מדרום קוריאה פיתח אסטרטגיה יצירתית להדפסת תלת מימד מגוונים עצמאיים "עמודים קולואידים" העשויים משילובי NP מותאמים אישית. הם בונים עטים נובעים מיוחדים שמאזנים את זרימת הנימים ואת אידוי הממס כדי לכוון את ההרכבה העצמית הנוזלית של מתלי NP - המנחים בעצם את הארגון האוטונומי של החומר דרך הפיזיקה.
כתיבה בהשראת עט נובע בסולם מיקרומטר. א) תוכנית כתיבה באמצעות עט נובע. ב) עט נובע דק במיוחד עבור דיו מפוזר NP. סרגל קנה המידה מייצג 5 מיקרומטר. ג) תכנית של הרכבה קולואידית דמוית נקודה. ד) טקסט בגודל מיקרומטר שנכתב על ידי המכלול הקולואידלי (משמאל) ותמונת SEM של מבנה חצי סופגניה (מימין). פסי קנה המידה של התמונות השמאלית והימנית מייצגים 50 ו-1 מיקרומטר, בהתאמה. ה) תכנית של הרכבה קולואידית תלת מימדית. ו) מכלולים קולואידים תלת מימדיים מגוונים (משמאל) ואריזה של NP (מימין). סרגל קנה המידה מייצג 3 מיקרומטר (שחור) ו-3 מיקרומטר (לבן). (נדפס מחדש באישור Wiley-VCH Verlag) פריצת הדרך מאפשרת לכוון במדויק תכונות אופטיות ומבניות של עמודים תת-מיקרוניים על ידי ערבוב גדלי חלקיקים וננו-חומרים. כהוכחה לקונספט, החוקרים מדגימים מפעילי NP/ביו-חומר המגיבים ללחות. התקדמות בסיסית זו מקימה פלטפורמה צדדית ונגישה במיוחד לעיצוב פלסמוני מותאם אישית מטא-חומרים. טכניקת עיבוד פתרון זו בעלות נמוכה ובתפוקה גבוהה מאפשרת כוונון מאפיינים אופטיים על ידי ערבוב גדלי חלקיקים וחומרים בתוך עמוד אחד. החוקרים מציגים יישומים פוטנציאליים כגון ננו-מפעילים המגיבים ללחות. ההתקדמות מקימה פלטפורמה מגוונת במיוחד לייצור מבנים פלסמוניים תלת מימדיים מותאמים עבורם ננופוטוניקה, פוטוקטליזה והתקנים ננומטריים. החידוש העיקרי טמון בהקטנה ובדמיון מחדש של המכניקה הבסיסית של עט דיו. בקנה מידה מאקרו, עטי נובע מסתמכים על אספקת דיו רטוב באופן רציף בזמן שהממס מתאדה על הנייר. צוות המחקר עיצב צינור מיקרו-קפילרי מזכוכית מחודדת המחקה את תהליך הכתיבה הזה ברמה המיקרוסקופית. כאשר טבילה בדיו NP קולואידית, קצה הצינור הצר יוצר גשר נימי מתאדה ברוחב של כמה מיקרונים בלבד. כשהדיו מתאסף בעצמו בממשק הזעיר הזה, החוקרים יכולים למשוך עמודים הנעים מכדורים ארוזים בצורה משושה ועד למבנים סלילניים. שינוי ריכוז החלקיקים בדיו או ערבוב של שני פתרונות NP שונים מאפשר כוונון מדויק של ארכיטקטורות תלת מימד. לדוגמה, שילוב של NPs זהב 3 ננומטר (AuNPs) עם AuNPs קטנים יותר של 80 ננומטר מגביר באופן משמעותי את גובה העמוד המרבי. זה קורה מכיוון שהמכלול הננו-נקבי מאפשר עלייה נימית של נוזל בתוך עמוד התלת-ממד, מה שמגדיל את אזור האידוי לחידוש זרימת הדיו. כתוצאה מכך, מהירות הצמיחה אינה מוגבלת עוד על ידי דיפוזיה מהגשר הנימים המתמעט. הניתוח התיאורטי של הצוות מספק משוואות המתייחסות לפרמטרים של ייצור כמו לחות וצפיפות החלקיקים לשיעורי התפשטות עמודים שנמדדו בניסוי. רמה זו של תובנה כמותית תהיה בעלת ערך רב עבור אלה המחפשים להתאים את הטכניקה ליישומים ספציפיים. כהוכחה לקונספט, החוקרים הדגימו מגוון של כוונון אופטי באמצעות ה-NFP. ערבוב AuNPs ו- NPs כסף הניב צורות חצי סופגניה בהרכבה עצמית עם הרכב מפוזר באופן שווה. שינוי פרופורציות של AuNPs קטנות וגדולות יצרו ננו-מבנים עמודים המציגים תכונות קליטת אור מבוקרות. הצוות הדפיס עמודי "יאנוס" אסימטריים באמצעות דיו NP בצד אחד ודיו ביולוגי פונקציונלי המכיל בקטריופאג'ים M20 דמויי מוטות בצד השני. ההיענות של M3 לשיפועי לחות גרמה לתנועות כיפוף הפיכות, ובעצם יצרה מפעילים מיניאטוריים מונעי לחות מתוך העמודים הדו-צדדיים.
צמיחה אנכית של אשכול קולואידי בינארי. א) סדרה של מיקרוגרפים אופטיים המציגים את הצמיחה האנכית של הצביר הקולואידי הבינארי. סרגל קנה המידה מייצג 50 מיקרומטר. ב) מהירויות צמיחה זמינות המבוססות על פתרון AuNP של 80 ננומטר. ג) מהירויות צמיחה זמינות המבוססות על תמיסת AuNP של 20 ננומטר מעורבבת עם 2 חלקיקים=fL של תמיסת AuNP 80 ננומטר. ד) תמונות SEM של המיקרועמודים המסומנים כ-I, II, III ו-IV ב-(c). סרגל קנה המידה מייצג 10 מיקרומטר. ה) תמונות SEM של ננו-מבנים של עמודים מסומנים כ-I, II ו-III ב-(d). סרגל קנה המידה מייצג 200 ננומטר. ו) תמונת FESEM של מיקרועמוד שנטחן עם FIB. סרגל קנה המידה מייצג 5 מיקרומטר. ז) תמונת FESEM של חתך רוחב של מיקרועמוד המורכב מהרכב בודד (משמאל) ובינארי (מימין). סרגל קנה המידה מייצג 200 ננומטר. (נדפס מחדש ברשות Wiley-VCH Verlag) זה מעורר רעיונות לייצור מכונות קולואידיות מורכבות עוד יותר על ידי שילוב שונות ננו, זרזים או חלבונים בתוך עמוד בודד מודפס בתלת מימד. רוחב האפשרויות מדגיש כיצד תפיסת העט-על-נייר הפשוטה והמטעה של החוקרים מרחיבה ביסודה את ערכת הכלים לננו-הנדסה מתקדמת.
מתודולוגיית עט הנובע האידוי עוקפת גם מגבלות המעכבות אסטרטגיות ייצור חלופיות. שיטות הנשענות על גרדיאנטים של ממשק מוצק-נוזל יכולות למנף רק הרכבה עצמית של חלקיקים בממד אחד או שני. גישות עדכניות יותר להדפסת תלת מימד מונחות תבניות בנו בהצלחה סריג פלסמוני בגובה סנטימטרים. עם זאת, הם מתקשים ליצור קבוצות קטנות של עיצובי עמודים מותאמים אישית הדרושים להנדסת ננו איטרטיבית.
יש גם פשרה בין מורכבות הדפוס לאחידות בקנה מידה גדול, שכן הננו-מבנים עדיין גדלים על פני אזור אידוי נרחב ולא על אזור מוגבל. זה מוביל לאתגרים מעשיים לתרגום יעיל של חדשנות מבוססת מעבדה למודולים מיוחדים וננו-מכשירים.
טכניקת ה-NFP המדווחת מתפקדת למעשה כמדפסת תלת מימד מתכווצת אך עם הרכבה מודרכת באופן טבעי ולא כפויה חיצונית. מיקום הכל לממשק המיקרוסקופי בין המשטח לקצה העט מאפשר שליטה מרחבית-זמנית מעולה מבלי לאבד יכולת הרחבה.
היכולת המתקבלת לשנות ברציפות פרמטרים באמצע הייצור ולבנות עמודים הטרוגניים ברוחב של פחות מ-10 מיקרון פותחת אופקים חדשים ליצירת ננו-אב-טיפוס מהיר. אפשר לדמיין מדענים מעצבים מבני NP מותאמים אישית תוך כדי עמידה ביעדי ביצועים או לשרת מטרות שונות בתוך ננו-מערכת משולבת.
מחקר פורץ דרך זה מספק בסיס חזק לכיוונים מרגשים רבים. השלב הבא כולל התרחבות לסוגי ננו-חלקיקים נוספים ודיו עם מגוון רחב יותר של פונקציות מעבר לפלסמוניקה. החוקרים חייבים גם לייעל את מהירות ההדפסה, יציבות הארכיטקטורה וגדלי הממשק כדי לדחוף את הגבולות.
משימה קריטית נוספת תהיה חקירת מצעים חלופיים מכיוון שההסתמכות הנוכחית על פרוסות סיליקה מציבה אתגרים לשילוב ננו-מבנים בתוך מכשירים או על משטחים לא מישוריים. לבסוף, חקר הנדסת מאגרים או טכניקות מרובות עטים יכול להרחיב עוד יותר את המורכבות הקומפוזיציה הניתנת לכוונון עבור הרכבה קולואידית תלת מימדית.
מתודולוגיית עט הנובע של החוקרים מייצגת התקדמות מרכזית בננו-ייצור, המשלבת את היתרונות הרב-תכליתיים של הרכבה מכוונת עם המדרגיות של הרכבה עצמית. מחקר זה הופך למעשה עט ייבוש יומיומי לפלטפורמה רבת עוצמה אך נגישה לדוגמאות ננו.
הטכניקה המדווחת יכולה לשמש גשר אידיאלי בין מחקר ננו-מדעי לפיתוח טכנולוגי בעולם האמיתי. היכולת לבדוק קומפוזיציות וגאומטריות ננו-מבנה רחבות טווח מאפשרת יצירת אב טיפוס מהיר כדי לייעל עיצובים עבור יישומי יעד. בינתיים, הפיזיקה הניתנת לחיזוי מוגבלת לממשק זעיר מאפשרת הגדלה פשוטה לייצור המוני.
השפעות מסחריות וחברתיות עשויות להיות עמוקות כאשר חוקרים מנצלים את יכולת ההכללה של גישה זו בין מגזרים. בחזית הביו-רפואית, ננו-מבנים תלת-ממדיים של חומצות גרעין מותאמות אישית יכולים לאפשר אספקת תרופות ממוקדת או העברת תאים בודדים. עמודים פלסמוניים עם תהודה אופטית ניתנת לתכנות יכולים להוות בסיס לפלטפורמות זיהוי מולקולריות רגישות במיוחד. מיקס-and-match מטא-חומרים המשתמשים בטכניקה עשויים להוביל לתהליכים קטליטיים משופרים ולמערכות המרת אנרגיה.
במבט קדימה, אפשרויות רבות לשילוב הדפסה מרובת חומרים, צבעי דיו ננו-חלקיקים פונקציונליים ודפוסי תלת-ממד על משטחים לא מישוריים - מה שמרחיב מאוד את מורכבות העיצוב.
By
מיכאל
ברגר
- מייקל הוא מחברם של שלושה ספרים מאת האגודה המלכותית לכימיה:
ננו-אגודה: לדחוף את גבולות הטכנולוגיה,
ננו-טכנולוגיה: העתיד זעיר, ו
ננו-הנדסה: הכישורים והכלים שהופכת את הטכנולוגיה לבלתי נראית
כל הזכויות שמורות ©
Nanowerk LLC
הפוך לסופר אורח זרקור! הצטרף לקבוצה הגדולה והגדלה שלנו של תורמים אורחים. האם פרסמת זה עתה מאמר מדעי או שיש לך התפתחויות מרגשות אחרות לחלוק עם קהילת הננוטכנולוגיה? כך לפרסם באתר nanowerk.com.
- הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
- PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
- PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
- מקור: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64376.php
- :יש ל
- :הוא
- :איפה
- $ למעלה
- 1
- 10
- 20
- 31
- 32
- 3d
- הדפסת 3D
- 50
- 7
- 8
- 80
- 9
- a
- נגיש
- לרוחב
- להסתגל
- לקדם
- מתקדם
- קידום
- יתרונות
- קדימה
- מאפשר
- גם
- חלופה
- an
- אנליזה
- ו
- אחר
- יישומים
- גישה
- גישות
- ארכיטקטורה
- AREA
- מערך
- AS
- עצרת
- At
- מחבר
- אוטונומי
- זמין
- b
- בחזרה
- איזון
- בָּר
- סורגים
- בסיס
- מבוסס
- בסיסי
- בסיס
- BE
- כי
- להיות
- ברגר
- בֵּין
- מעבר
- ביו-רפואי
- שחור
- ריק
- ספרים
- מגביר
- גבולות
- רוחב
- פריצת דרך
- לְגַשֵׁר
- לְהַרְחִיב
- לִבנוֹת
- נבנה
- אבל
- by
- נקרא
- CAN
- לא יכול
- קיבולת
- זרזים
- תא
- מרכז
- לאתגר
- האתגרים
- משתנה
- כימיה
- אשכול
- יַחַד
- שילובים
- שילוב
- מסחרי
- קהילה
- מורכב
- מורכבות
- מורכב
- הרכב
- ריכוז
- מושג
- לבנות
- ברציפות
- לִשְׁלוֹט
- נשלט
- שליטה
- המרה
- יכול
- לִיצוֹר
- יוצרים
- יְצִירָתִי
- קריטי
- לַחֲצוֹת
- נוֹכְחִי
- מנהג
- אישית
- לִרְקוֹד
- תַאֲרִיך
- מסירה
- להפגין
- מופגן
- צפיפות
- עיצוב
- מעוצב
- תכנון
- עיצובים
- איתור
- מפותח
- צעצועי התפתחות
- התפתחויות
- התקנים
- אחר
- שידור
- ממדים
- פוחתת
- ישיר
- מְכוּוָן
- כיוונים
- תגלית
- מפוזרים
- מופץ
- שונה
- מטה
- תרופה
- משלוח סמים
- e
- יעילות
- אלקטרונים
- לאפשר
- מאפשר
- אין סופי
- מתמשכת
- אנרגיה
- הנדסה
- מהנדסים
- משופר
- לדמיין
- משוואות
- למעשה
- מקימה
- אֲפִילוּ
- באופן שווה
- כל יום
- הכל
- דוגמה
- מרגש
- תערוכות
- הרחבת
- מתרחב
- הרחבה
- לנצל
- היכרות
- אקספוננציאלית
- מעולה
- נרחב
- מבחינה חיצונית
- מאוד
- מקל
- רחוק
- מעטים
- שדות
- בסופו של דבר
- מציאת
- ממצאים
- תזרים
- נוזל
- בעד
- כוחות
- טופס
- צורות
- מזרקה
- החל מ-
- חזית
- לגמרי
- פונקציונלי
- פונקציות
- פונקציות
- יסודי
- ביסודו
- נוסף
- עתיד
- gif
- זכוכית
- זהב
- שיפועים
- פורץ דרך
- קְבוּצָה
- לגדול
- גדל
- צמיחה
- אוֹרֵחַ
- מוּדרָך
- מנחה
- קורה
- רתמת
- רתימה
- יש
- גובה
- פסים
- מחזיק
- אופקים
- איך
- איך
- אולם
- HTTPS
- היברידי
- i
- אידאל
- רעיונות
- if
- ii
- ג
- תמונה
- תמונות
- השפעות
- מוּטָל
- in
- שילוב
- גדל
- חדשנות
- תובנה
- משולב
- שילוב
- אינטראקטיבי
- מִמְשָׁק
- אל תוך
- מוּרכָּב
- לֹא יְסוּלֵא בְּפָּז
- ממציא
- שֶׁלָה
- להצטרף
- jpg
- רק
- מפתח
- קוריאה
- חוסר
- גָדוֹל
- בקנה מידה גדול
- חוק
- עוֹפֶרֶת
- מוביל
- עזבו
- פחות
- רמה
- תנופה
- שקרים
- אוֹר
- כמו
- מגבלות
- מוגבל
- לינקדין
- סֵמֶל
- ארוך
- עוד
- הסתכלות
- לאבד
- בעלות נמוכה
- מכונה
- עשוי
- שמירה
- לעשות
- עשייה
- ייצור
- רב
- מסומן
- מסה
- חומרים
- דבר
- מקסימום
- מאי..
- בינתיים
- נמדד
- מֵכָנִי
- מכניקה
- לִפְגוֹשׁ
- מטא-חומרים
- שיטה
- מֵתוֹדוֹלוֹגִיָה
- שיטות
- מיכאל
- אמצע
- מעורב
- ערבוב
- מודולים
- מולקולרי
- יותר
- תנועות
- צריך
- שם
- ננו
- ננופוטוניקס
- ננוטכנולוגיה
- נחוץ
- חדש
- אופקים חדשים
- הבא
- nfp
- לא
- להתרחש
- of
- on
- ONE
- רק
- פתיחה
- מטב
- or
- ארגון
- אחר
- שלנו
- הַחוּצָה
- יותר
- שֶׁלוֹ
- ארוז
- מאמר
- פרדיגמה
- פרמטרים
- חלקיק
- תבנית
- ביצועים
- רשות
- שלב
- תופעה
- PHP
- פיסיקה
- עַמוּד
- עמודים
- מכריע
- פלטפורמה
- פלטפורמות
- אפלטון
- מודיעין אפלטון
- אפלטון נתונים
- תנוחות
- עמדה
- אפשרויות
- פוטנציאל
- חזק
- מעשי
- צורך
- בדיוק
- צפוי
- קופונים להדפסה
- הדפסה
- תהליך
- תהליכים
- תהליך
- מיוצר
- הפקה
- עמוק
- ניתן לתכנות
- התקדמות
- הוכחה
- הוכחה של רעיון או תאוריה
- נכסים
- חלבונים
- prototyping
- מספק
- לפרסם
- לאור
- מוציא לאור
- למטרות
- דחוף
- דוחף
- כמותי
- קוונטית
- טִוּוּחַ
- מהיר
- תעריפים
- במקום
- עולם אמיתי
- לאחרונה
- הדמיה מחדש
- הסתמכות
- לסמוך
- שְׂרִידִים
- ראוי לציון
- דווח
- דווח
- לייצג
- מייצג
- מחקר
- חוקרים
- תהודה
- בהתאמה
- תוצאה
- וכתוצאה מכך
- תקין
- לעלות
- מלכותי
- s
- בקרת מערכות ותקשורת
- להרחבה
- סולם
- מאזניים
- דרוג
- תכנית
- מדעי
- מדענים
- סעיף
- מגזרים
- מחפשים
- SEM
- סדרה
- לשרת
- כמה
- צורות
- שיתוף
- משמרת
- ראווה
- הצגה
- צד
- באופן משמעותי
- כסף
- פָּשׁוּט
- since
- יחיד
- גדל
- מיומנויות
- קטן
- קטן יותר
- חברתי
- חֶברָה
- פִּתָרוֹן
- פתרונות
- דרום
- דרום קוריאה
- מיוחד
- ספציפי
- מְהִירוּת
- מהירויות
- זַרקוֹר
- יציבות
- הערימה
- מְתוּקנָן
- עוד
- מגרה
- פשוט
- מוזר
- אסטרטגיות
- אִסטרָטֶגִיָה
- חזק
- מִבנִי
- מִבְנֶה
- מבנים
- מַאֲבָק
- לימוד
- בהצלחה
- כזה
- שסופק
- משטח
- המתלים
- מערכות
- מותאם
- יעד
- ממוקד
- מטרות
- המשימות
- נבחרת
- טכניקה
- טכניקות
- טכנולוגיות
- טכנולוגיה
- פיתוח טכנולוגי
- מבחן
- טֶקסט
- מֵאֲשֶׁר
- זֶה
- השמיים
- העתיד
- שֶׁלָהֶם
- תיאורטי
- שם.
- הֵם
- דברים
- חושב
- זֶה
- אלה
- שְׁלוֹשָׁה
- דרך
- טיפ
- ל
- ארגז כלים
- כלים
- מסורתי
- לשנות
- התמרות
- מְגַמָה
- שתיים
- סוגים
- פותח
- עדכונים
- כתובת האתר
- באמצעות
- מגוון
- רב צדדי
- אנכי
- בֵּמְאוּנָך
- דרכים
- we
- מתי
- בזמן
- לבן
- רָחָב
- רחב יותר
- יצטרך
- עם
- בתוך
- לְלֹא
- כתיבה
- כתוב
- עוד
- הניב
- אתה
- זפירנט