10 stycznia 2024 r
(Nanowerk w centrum uwagi!) Kontrolowanie światła w nanoskali od dawna przyciąga badaczy pragnących wykorzystać dziwne zjawisko mechaniki kwantowej zwane zlokalizowanym powierzchniowym rezonansem plazmonowym (LSPR). Kiedy światło oddziałuje z metalem nanocząstki (NP) znacznie mniejsze niż długość fali, zachodzi kilka niezwykłych rzeczy. Energia zostaje skompresowana w nanometryczne gorące punkty, elektrony tańczą wspólnie do częstotliwości rezonansowych, a pola optyczne wzmacniają się wykładniczo, otwierając nowe możliwości dla technologii opartych na świetle.
Jednak postęp pozostaje spowolniony przez brak metod konstruowania skomplikowanych struktur 3D NP, które w pełni wykorzystują LSPR. Stałym wyzwaniem jest znalezienie prostych, ale skalowalnych sposobów układania nanocząstek w pionie przy jednoczesnym zachowaniu precyzyjnej kontroli nad kompozycją i architekturą. Techniki samoorganizacji mogą spontanicznie rozwijać klastry nanocząstek, ale tradycyjne podejścia chemiczne mają trudności z celowym tworzeniem wyspecjalizowanych geometrii lub pozycjonowaniem cząstek.
Metody oparte na gradientach granicy faz ciało stałe-ciecz mogą wykorzystywać samoorganizację cząstek jedynie w jednym lub dwóch wymiarach. Nowsze podejścia do drukowania 3D opartego na szablonach pozwoliły z powodzeniem zbudować supersieci plazmoniczne o wysokości centymetrów. Jednak mają trudności z tworzeniem małych partii niestandardowych projektów filarów potrzebnych do iteracji nanoinżynieria.
Istnieje również kompromis między złożonością wzoru a jednorodnością na dużą skalę, ponieważ nanostruktury nadal rosną na rozległym obszarze parowania, a nie w strefie zamkniętej. Prowadzi to do praktycznych wyzwań w zakresie skutecznego przekładania innowacji laboratoryjnych na wyspecjalizowane moduły i nanourządzenia.
Zgłaszanie swoich ustaleń w Mały („Nanowieczne pióro do pisania hybrydowych architektur plazmonicznych”), interdyscyplinarny zespół inżynierów i naukowców z Korei Południowej opracował kreatywną strategię drukowania 3D różnorodnych, wolnostojących „filarów koloidalnych” wykonanych z dostosowanych do indywidualnych potrzeb kombinacji nanocząsteczek. Budują specjalistyczne pióra wieczne, które równoważą przepływ kapilarny i parowanie rozpuszczalnika, aby kierować płynnym samoorganizacją zawiesin nanocząsteczek – zasadniczo kierując autonomiczną organizacją materii poprzez fizykę.
Pisanie na skali mikrometrycznej inspirowane piórem wiecznym. a) Schemat pisania wiecznym piórem. b) Pióro wieczne Ultrafine na atrament dyspersyjny NP. Pasek skali reprezentuje 5 µm. c) Schemat punktowego złożenia koloidalnego. d) Tekst wielkości mikrometra napisany przez zespół koloidalny (po lewej) i obraz SEM struktury półpączka (po prawej). Paski skali na lewym i prawym obrazie przedstawiają odpowiednio 50 i 1 µm. e) Schemat złożenia koloidalnego 3D. f ) Zróżnicowane zespoły koloidalne 3D (po lewej) i upakowanie NP (po prawej). Pasek skali reprezentuje 10 µm (czarny) i 1 µm (biały). (Przedruk za zgodą Wiley-VCH Verlag)
Przełom umożliwia precyzyjne dostrojenie właściwości optycznych i strukturalnych filarów submikronowych poprzez mieszanie rozmiarów cząstek i nanomateriałów. W ramach dowodu słuszności koncepcji badacze demonstrują reagujące na wilgoć siłowniki na bazie NP/biomateriału. Ten zasadniczy postęp ustanawia niezwykle wszechstronną i dostępną platformę do projektowania niestandardowych rozwiązań plazmonicznych metamateriały.
Ta niedroga i wysokowydajna technika przetwarzania rozwiązań umożliwia dostrojenie właściwości optycznych poprzez mieszanie rozmiarów cząstek i materiałów w jednym filarze. Naukowcy prezentują potencjalne zastosowania, takie jak nanosiłowniki reagujące na wilgoć. Postęp ten ustanawia niezwykle wszechstronną platformę do wytwarzania dostosowanych do indywidualnych potrzeb struktur plazmonicznych 3D nanofotonika, fotokatalizy i urządzenia w skali nano.
Kluczowa innowacja polega na zmniejszeniu skali i ponownym przemyśleniu podstawowej mechaniki pióra atramentowego. W makroskali pióra wieczne polegają na ciągłym dostarczaniu mokrego atramentu, podczas gdy rozpuszczalnik odparowuje z papieru. Zespół badawczy zaprojektował zwężającą się szklaną rurkę mikrokapilarną, która naśladuje proces pisania na poziomie mikroskopowym.
Po zanurzeniu w koloidalnym tuszu NP wąska końcówka tubki tworzy parujący mostek kapilarny o szerokości zaledwie kilku mikronów. Gdy atrament samoorganizuje się na tym maleńkim interfejsie, badacze mogą wyciągać filary, od sześciokątnie upakowanych kul po spiralne nanostruktury. Zmiana stężenia cząstek w tuszu lub zmieszanie dwóch różnych roztworów NP umożliwia precyzyjne dostrojenie architektur 3D.
Na przykład połączenie 80 nm złotych nanocząsteczek (AuNP) z mniejszymi 20 nm AuNP znacznie zwiększa maksymalną wysokość filaru. Dzieje się tak, ponieważ nanoporowaty zespół umożliwia kapilarne podnoszenie się płynu w słupku 3D, zwiększając obszar parowania w celu uzupełnienia przepływu atramentu. W rezultacie prędkość wzrostu nie jest już ograniczona przez dyfuzję ze zmniejszającego się mostka kapilarnego.
Analiza teoretyczna zespołu dostarczyła równań wiążących parametry produkcyjne, takie jak wilgotność i gęstość cząstek, z eksperymentalnie zmierzonymi współczynnikami rozszerzalności filarów. Ten poziom wglądu ilościowego będzie nieoceniony dla tych, którzy chcą dostosować technikę do konkretnych zastosowań.
Aby potwierdzić słuszność koncepcji, badacze zademonstrowali różnorodne możliwości dostrajania optycznego za pomocą NFP. Zmieszanie AuNP i srebrnych nanocząsteczek dało samoorganizujące się kształty półpączka o równomiernie rozłożonym składzie. Zmieniając proporcje małych i dużych AuNP, uzyskano nanostruktury filarowe wykazujące kontrolowane właściwości absorpcji światła.
Zespół wydrukował asymetryczne filary „Janus” przy użyciu atramentu NP po jednej stronie i funkcjonalnego atramentu biologicznego zawierającego pałeczki bakteriofagów M13 po drugiej stronie. Reakcja M13 na gradienty wilgotności wywołała odwracalne ruchy zginające, zasadniczo tworząc miniaturowe siłowniki napędzane wilgocią z dwustronnych filarów.
Pionowy wzrost podwójnego klastra koloidalnego. a) Seria mikrofotografii optycznych przedstawiających pionowy wzrost podwójnego klastra koloidalnego. Pasek skali reprezentuje 50 µm. b) Dostępne prędkości wzrostu w oparciu o rozwiązanie AuNP 80 nm. c) Dostępne prędkości wzrostu w oparciu o roztwór AuNP 20 nm zmieszany z 2 cząstkami = fL roztworu AuNP 80 nm. d) Obrazy SEM mikrofilarów oznaczonych jako I, II, III i IV w (c). Pasek skali reprezentuje 10 µm. e) Obrazy SEM nanostruktur mikrofilarów oznaczonych jako I, II i III w (d). Pasek skali reprezentuje 200 nm. f) Obraz FESEM mikrofilaru frezowanego FIB. Pasek skali reprezentuje 5 µm. g) Obraz FESEM przekroju mikrofilaru złożonego z kompozycji pojedynczej (po lewej) i binarnej (po prawej). Pasek skali reprezentuje 200 nm. (Przedruk za zgodą Wiley-VCH Verlag)
Stymuluje to pomysły na produkcję jeszcze bardziej złożonych maszyn koloidalnych poprzez włączenie różnych nanomateriały, katalizatory lub białka w jednym filarze wydrukowanym w 3D. Szeroki zakres możliwości podkreśla, jak zwodniczo prosta koncepcja badaczy polegająca na pisaniu na papierze zasadniczo rozszerza zestaw narzędzi do zaawansowanej nanoinżynierii.
Metodologia piór wiecznych wyparnych pozwala również uniknąć ograniczeń powstrzymujących alternatywne strategie wytwarzania. Metody oparte na gradientach granicy faz ciało stałe-ciecz mogą wykorzystywać samoorganizację cząstek jedynie w jednym lub dwóch wymiarach. Nowsze podejścia do drukowania 3D opartego na szablonach pozwoliły z powodzeniem zbudować supersieci plazmoniczne o wysokości centymetrów. Mają jednak trudności z tworzeniem małych partii niestandardowych projektów filarów potrzebnych w iteracyjnej nanoinżynierii.
Istnieje również kompromis między złożonością wzoru a jednorodnością na dużą skalę, ponieważ nanostruktury nadal rosną na rozległym obszarze parowania, a nie w strefie zamkniętej. Prowadzi to do praktycznych wyzwań w zakresie skutecznego przekładania innowacji laboratoryjnych na wyspecjalizowane moduły i nanourządzenia.
Zgłoszona technika NFP zasadniczo działa jak kurcząca się drukarka 3D, ale z montażem prowadzonym naturalnie, a nie narzuconym z zewnątrz. Umiejscowienie wszystkiego w mikroskopijnym interfejsie pomiędzy powierzchnią a końcówką pióra umożliwia doskonałą kontrolę czasoprzestrzenną bez utraty skalowalności.
Uzyskana w ten sposób zdolność do ciągłej zmiany parametrów w trakcie produkcji i konstruowania heterogenicznych filarów o szerokości mniejszej niż 10 mikronów otwiera nowe horyzonty w zakresie szybkiego nanoprototypowania. Można sobie wyobrazić naukowców projektujących na bieżąco niestandardowe struktury nanocząsteczek, aby osiągnąć docelowe parametry wydajności lub służyć różnym celom w ramach zintegrowanego nanosystemu.
To przełomowe badanie stanowi solidną podstawę dla wielu ekscytujących kierunków. Następna faza obejmuje rozszerzenie się na więcej typów nanocząstek i atramentów o szerszym zakresie funkcjonalności wykraczających poza plazmonikę. Aby przesuwać granice, badacze muszą także zoptymalizować prędkość drukowania, stabilność architektury i rozmiary interfejsów.
Kolejnym kluczowym zadaniem będzie badanie alternatywnych podłoży, ponieważ obecne uzależnienie od płytek krzemionkowych stwarza wyzwania w zakresie integracji nanostruktur w urządzeniach lub na niepłaskich powierzchniach. Wreszcie, badanie inżynierii zbiorników lub technik wielozadaniowych może jeszcze bardziej poszerzyć złożoność przestrajalnej kompozycji na potrzeby trójwymiarowego składania koloidalnego.
Metodologia piór wiecznych badaczy stanowi kluczowy postęp w nanoprodukcji, łącząc wszechstronne zalety ukierunkowanego montażu ze skalowalnością samodzielnego montażu. Badanie to zasadniczo przekształca codzienny suszący długopis w potężną, a jednocześnie dostępną platformę do nanowzorów.
Opisana technika może służyć jako idealny pomost między badaniami w dziedzinie nanonauki a rozwojem technologii w świecie rzeczywistym. Możliwość testowania szerokiego zakresu składu i geometrii nanostruktur ułatwia szybkie prototypowanie w celu optymalizacji projektów pod kątem docelowych zastosowań. Tymczasem przewidywalna fizyka ograniczona do małego interfejsu umożliwia proste skalowanie do masowej produkcji.
Skutki komercyjne i społeczne mogą być poważne, ponieważ badacze wykorzystają możliwość uogólnienia tego podejścia na różne sektory. W biomedycynie dostosowane nanostruktury 3D kwasów nukleinowych mogą umożliwić ukierunkowane dostarczanie leków lub transfekcję pojedynczych komórek. Filary plazmoniczne z programowalnymi rezonansami optycznymi mogą stanowić podstawę ultraczułych platform detekcji molekularnej. Mieszanie i dopasowywanie metamateriałów przy użyciu tej techniki może prowadzić do udoskonalenia procesów katalitycznych i systemów konwersji energii.
Patrząc w przyszłość, istnieje mnóstwo możliwości wykorzystania druku wielomateriałowego, funkcjonalnych atramentów nanocząsteczkowych i wzorów 3D na niepłaskich powierzchniach, co znacznie zwiększa złożoność projektu.
– Michael jest autorem trzech książek wydanych przez Royal Society of Chemistry:
Nano-społeczeństwo: przekraczanie granic technologii,
Nanotechnologia: przyszłość jest malutka,
Nanoinżynieria: umiejętności i narzędzia czyniące technologię niewidoczną
copyright ©
Nanowerk spółka z ograniczoną odpowiedzialnością
Zostań autorem gościa Spotlight! Dołącz do naszej dużej i rosnącej grupy współpracownicy gościnni. Czy właśnie opublikowałeś artykuł naukowy lub masz inne ekscytujące odkrycia, którymi chcesz się podzielić ze społecznością nanotechnologiczną? Oto jak publikować na nanowerk.com.
- Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
- PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
- PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
- PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
- Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
- Źródło: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64376.php
- :ma
- :Jest
- :Gdzie
- $W GÓRĘ
- 1
- 10
- 20
- 31
- 32
- 3d
- 3D druku
- 50
- 7
- 8
- 80
- 9
- a
- dostępny
- w poprzek
- przystosować
- awansować
- zaawansowany
- postęp
- Zalety
- przed
- pozwala
- również
- alternatywny
- an
- analiza
- i
- Inne
- aplikacje
- podejście
- awanse
- architektura
- POWIERZCHNIA
- Szyk
- AS
- Montaż
- At
- autor
- autonomiczny
- dostępny
- b
- z powrotem
- Bilans
- bar
- paski
- baza
- na podstawie
- podstawowy
- podstawa
- BE
- bo
- jest
- Berger
- pomiędzy
- Poza
- biomedyczny
- Czarny
- pusty
- Książki
- zwiększa
- Granice
- szerokość
- przełom
- BRIDGE
- poszerzać
- budować
- wybudowany
- ale
- by
- nazywa
- CAN
- nie może
- Pojemność
- katalizatory
- komórka
- Centrum
- wyzwanie
- wyzwania
- wymiana pieniędzy
- chemia
- Grupa
- zbiorowo
- kombinacje
- łączenie
- handlowy
- społeczność
- kompleks
- kompleksowość
- w składzie
- skład
- stężenie
- pojęcie
- skonstruować
- bez przerwy
- kontrola
- kontrolowanych
- kontrolowania
- Konwersja
- mógłby
- Stwórz
- Tworzenie
- Twórczy
- krytyczny
- Krzyż
- Aktualny
- zwyczaj
- dostosowane
- taniec
- Data
- dostawa
- wykazać
- wykazać
- gęstość
- Wnętrze
- zaprojektowany
- projektowanie
- projekty
- Wykrywanie
- rozwinięty
- oprogramowania
- wydarzenia
- urządzenia
- różne
- Transmitowanie
- Wymiary
- zmniejsza się
- kierować
- skierowany
- kierunki
- odkrycie
- rozproszone
- dystrybuowane
- inny
- na dół
- lek
- Dostawa narkotyków
- e
- skutecznie
- elektrony
- umożliwiać
- Umożliwia
- Nieskończony
- cierpliwy
- energia
- Inżynieria
- Inżynierowie
- wzmocnione
- wyobrażać sobie
- równania
- istotnie
- ustanawia
- Parzyste
- równomiernie
- codzienny
- wszystko
- przykład
- ekscytujący
- wykazujące
- rozszerzenie
- rozszerza się
- ekspansja
- Wykorzystać
- Exploring
- wykładniczo
- znakomity
- rozległy
- zewnętrznie
- niezwykle
- ułatwia
- daleko
- kilka
- Łąka
- W końcu
- znalezieniu
- Ustalenia
- pływ
- płyn
- W razie zamówieenia projektu
- Siły
- Nasz formularz
- formularze
- fontanna
- od
- z przodu
- w pełni
- funkcjonalny
- funkcjonalności
- Funkcje
- fundamentalny
- zasadniczo
- dalej
- przyszłość
- gif
- szkło
- Złoto
- gradienty
- przełomowy
- Zarządzanie
- Rosnąć
- Rozwój
- Wzrost
- Gość
- prowadzony
- przewodnictwo
- dzieje
- uprząż
- Wykorzystywanie
- Have
- wysokość
- pasemka
- przytrzymanie
- Horyzonty
- W jaki sposób
- How To
- Jednak
- HTTPS
- Hybrydowy
- i
- idealny
- pomysły
- if
- ii
- iii
- obraz
- zdjęcia
- Oddziaływania
- nałożone
- in
- włączenie
- wzrastający
- Innowacja
- wgląd
- zintegrowany
- Integracja
- współdziała
- Interfejs
- najnowszych
- zawiły
- nieoceniony
- wymyśla
- JEGO
- przystąpić
- jpg
- właśnie
- Klawisz
- Korea
- Brak
- duży
- na dużą skalę
- Prawo
- prowadzić
- Wyprowadzenia
- lewo
- mniej
- poziom
- Dźwignia
- leży
- lekki
- lubić
- Ograniczenia
- Ograniczony
- logo
- długo
- dłużej
- poszukuje
- utraty
- low-cost
- maszyny
- zrobiony
- utrzymanie
- robić
- Dokonywanie
- produkcja
- wiele
- wyraźny
- Masa
- materiały
- Materia
- maksymalny
- Może..
- W międzyczasie
- mierzona
- mechaniczny
- mechanika
- Poznaj nasz
- metamateriały
- metoda
- Metodologia
- metody
- Michał
- Środkowy
- mieszany
- Mieszanie
- Moduły
- Cząsteczkowa
- jeszcze
- projekty
- musi
- Nazwa
- Nanomateriały
- Nanofotonika
- nanotechnologia
- potrzebne
- Nowości
- nowe horyzonty
- Następny
- NFP
- Nie
- występować
- of
- on
- ONE
- tylko
- otwarcie
- Optymalizacja
- or
- organizacja
- Inne
- ludzkiej,
- na zewnątrz
- koniec
- własny
- zatłoczony
- Papier
- paradygmat
- parametry
- cząstka
- Wzór
- jest gwarancją najlepszej jakości, które mogą dostarczyć Ci Twoje monitory,
- pozwolenie
- faza
- zjawisko
- PHP
- Fizyka
- Filar
- słupy
- kluczowy
- Platforma
- Platformy
- plato
- Analiza danych Platona
- PlatoDane
- stwarza
- position
- możliwości
- potencjał
- mocny
- Praktyczny
- precyzyjny
- precyzyjnie
- Możliwy do przewidzenia
- druk
- wygląda tak
- procesów
- przetwarzanie
- Wytworzony
- Produkcja
- głęboki
- programowalny
- Postęp
- dowód
- dowód koncepcji
- niska zabudowa
- Białka
- prototypowanie
- zapewnia
- publikować
- opublikowany
- wydawca
- cele
- Naciskać
- Popychanie
- ilościowy
- Kwant
- nośny
- szybki
- ceny
- raczej
- Prawdziwy świat
- niedawny
- reimagining
- poleganie
- polegać
- szczątki
- znakomity
- Zgłoszone
- Raportowanie
- reprezentować
- reprezentuje
- Badania naukowe
- Badacze
- rezonans
- odpowiednio
- dalsze
- wynikły
- prawo
- Rosnąć
- królewski
- s
- Skalowalność
- skalowalny
- Skala
- waga
- skalowaniem
- schemat
- naukowy
- Naukowcy
- Sekcja
- Sektory
- poszukuje
- SEM
- Serie
- służyć
- kilka
- kształty
- Share
- przesunięcie
- prezentacja
- seans
- bok
- znacznie
- Srebro
- Prosty
- ponieważ
- pojedynczy
- rozmiary
- umiejętności
- mały
- mniejszy
- społeczne
- Społeczeństwo
- rozwiązanie
- Rozwiązania
- Południe
- Korea Południowa
- wyspecjalizowanym
- specyficzny
- prędkość
- prędkości
- reflektor
- Stabilność
- układanie w stosy
- standaryzowany
- Nadal
- stymuluje
- bezpośredni
- dziwny
- strategie
- Strategia
- silny
- strukturalny
- Struktura
- Struktury
- Walka
- Badanie
- Z powodzeniem
- taki
- w zestawie
- Powierzchnia
- Zawieszenia
- systemy
- dostosowane
- cel
- ukierunkowane
- cele
- Zadanie
- zespół
- technika
- Techniki
- Technologies
- Technologia
- Rozwój technologii
- test
- XNUMX
- niż
- że
- Połączenia
- Przyszłość
- ich
- teoretyczny
- Tam.
- one
- rzeczy
- Myślący
- to
- tych
- trzy
- Przez
- typ
- do
- Zestaw narzędzi
- narzędzia
- tradycyjny
- Przekształcać
- transformacje
- Trend
- drugiej
- typy
- odblokowuje
- Nowości
- URL
- za pomocą
- różnorodność
- wszechstronny
- pionowy
- pionowo
- sposoby
- we
- jeśli chodzi o komunikację i motywację
- Podczas
- biały
- szeroki
- szerszy
- będzie
- w
- w ciągu
- bez
- pisanie
- napisany
- jeszcze
- wydany
- ty
- Twój
- zefirnet