10. januar 2024
(Žarišče Nanowerk) Krmiljenje svetlobe na nanometru že dolgo privablja raziskovalce, ki so želeli izkoristiti nenavaden kvantnomehanski pojav, imenovan lokalizirana površinska plazmonska resonanca (LSPR). Pri interakciji svetlobe s kovino nanodelci (NP), veliko manjši od svoje valovne dolžine, se zgodi več izjemnih stvari. Energija se stisne v nanometrične vroče točke, elektroni skupaj plešejo na resonančne frekvence, optična polja pa se eksponentno okrepijo – odpirajo nove možnosti za tehnologije, ki temeljijo na svetlobi.
Kljub temu napredek ostaja upočasnjen zaradi pomanjkanja metod za izdelavo zapletenih 3D struktur NP, ki v celoti izkoriščajo LSPR. Trajen izziv je najti preproste, a razširljive načine za navpično zlaganje NP-jev ob ohranjanju natančno nastavljenega nadzora nad kompozicijo in arhitekturo. Tehnike samosestavljanja lahko spontano zrastejo grozde NP, vendar se tradicionalni kemijski pristopi trudijo narediti specializirane geometrije ali namerno postaviti delce.
Metode, ki se zanašajo na gradiente vmesnika med trdno in tekočino, lahko izkoristijo samosestavljanje delcev samo v eni ali dveh dimenzijah. Novejši pristopi 3D tiskanja, vodeni s predlogo, so uspešno zgradili centimetre visoke plazmonične supermreže. Vendar pa se trudijo ustvariti majhne serije prilagojenih dizajnov stebrov, potrebnih za ponavljanje nanoinženiring.
Obstaja tudi kompromis med kompleksnostjo vzorcev in obsežno enotnostjo, saj nanostrukture še vedno rastejo čez obsežno območje izhlapevanja in ne v omejenem območju. To vodi do praktičnih izzivov za učinkovito prevajanje laboratorijskih inovacij v specializirane module in nano naprave.
Poročanje o svojih ugotovitvah v majhno (»Nanonalivno pero za pisanje hibridnih plazmoničnih arhitektur«), je interdisciplinarna ekipa inženirjev in znanstvenikov iz Južne Koreje razvila ustvarjalno strategijo za 3D-tiskanje različnih prostostoječih "koloidnih stebrov", izdelanih iz kombinacij NP po meri. Izdelujejo specializirana nalivna peresa, ki uravnavajo kapilarni tok in izhlapevanje topil, da usmerjajo fluidno samosestavljanje suspenzij NP – v bistvu vodijo avtonomno organizacijo snovi skozi fiziko.
Pisava na mikrometrskih lestvicah po navdihu nalivnega peresa. a) Shema pisanja z nalivnim peresom. b) Ultrafino nalivno pero za NP disperzno črnilo. Lestvica predstavlja 5 µμm. c) Shema točkovnega koloidnega sklopa. d) Besedilo mikrometrske velikosti, ki ga napiše koloidni sklop (levo) in SEM slika strukture polkrofa (desno). Lestvice leve in desne slike predstavljajo 50 oziroma 1 µm. e) Shema 3D koloidnega sklopa. f ) Različni 3D koloidni sklopi (levo) in pakiranje NP (desno). Vrstica lestvice predstavlja 10 µm (črna) in 1 µm (bela). (Ponatisnjeno z dovoljenjem Wiley-VCH Verlag)
Preboj omogoča natančno nastavitev optičnih in strukturnih lastnosti podmikronskih stebrov z mešanjem velikosti delcev in nanomaterialov. Kot dokaz koncepta raziskovalci prikazujejo aktuatorje NP/biomaterial, ki se odzivajo na vlago. Ta temeljni napredek vzpostavlja izjemno vsestransko in dostopno platformo za oblikovanje prilagojenega plazmonika metamateriali.
Ta poceni in visoko zmogljiva tehnika obdelave rešitev omogoča prilagajanje optičnih lastnosti z mešanjem velikosti delcev in materialov znotraj enega samega stebra. Raziskovalci prikazujejo potencialne aplikacije, kot so nanoaktivatorji, ki se odzivajo na vlago. Napredek vzpostavlja izjemno vsestransko platformo za izdelavo prilagojenih 3D plazmoničnih struktur nanofotonika, fotokataliza in naprave na nanometru.
Ključna inovacija je v zmanjšanju in ponovnem predstavljanju osnovne mehanike črnilnega peresa. Na makro ravni so nalivna peresa odvisna od neprekinjenega dovajanja mokrega črnila, medtem ko topilo izhlapeva na papirju. Raziskovalna skupina je oblikovala stožčasto stekleno mikrokapilarno cev, ki posnema ta proces pisanja na mikroskopski ravni.
Ko jo potopite v koloidno črnilo NP, ozka konica cevke tvori izhlapevajoči kapilarni most, širok le nekaj mikronov. Ko se črnilo samo sestavi na tem majhnem vmesniku, lahko raziskovalci dvignejo stebre, ki segajo od šesterokotnih krogel do vijačnih nanostruktur. Spreminjanje koncentracije delcev v črnilu ali mešanje dveh različnih raztopin NP omogoča natančno nastavitev 3D arhitektur.
Na primer, kombinacija 80 nm zlatih NP (AuNP) z manjšimi 20 nm AuNP znatno poveča največjo višino stebra. To se zgodi zato, ker nanoporozni sklop omogoča kapilarno dvigovanje tekočine znotraj 3D stebra, s čimer se poveča območje izhlapevanja za obnavljanje pretoka črnila. Posledično hitrost rasti ni več omejena z difuzijo iz vse manjšega kapilarnega mostu.
Teoretična analiza skupine zagotavlja enačbe, ki povezujejo parametre izdelave, kot sta vlažnost in gostota delcev, z eksperimentalno izmerjenimi stopnjami širitve stebra. Ta raven kvantitativnega vpogleda bo neprecenljiva za tiste, ki želijo prilagoditi tehniko za posebne aplikacije.
Kot dokaz koncepta so raziskovalci pokazali različne optične nastavljivosti z uporabo NFP. Mešanje AuNP in srebrnih NP je dalo samosestavljene oblike polkrofov z enakomerno porazdeljeno sestavo. Spreminjanje deležev majhnih in velikih AuNP je povzročilo nanostrukture stebrov, ki kažejo lastnosti nadzorovane absorpcije svetlobe.
Ekipa je natisnila asimetrične stebre "Janus" z uporabo črnila NP na eni strani in funkcionalnega biološkega črnila, ki vsebuje paličaste bakteriofage M13 na drugi strani. Odzivnost M13 na gradiente vlažnosti je povzročila reverzibilna upogibna gibanja, kar je v bistvu ustvarilo miniaturne aktuatorje, ki jih poganja vlaga, iz dvostranskih stebrov.
Navpična rast binarnega koloidnega grozda. a) Serija optičnih mikrografov, ki prikazujejo navpično rast binarnega koloidnega grozda. Lestvica predstavlja 50 µm. b) Razpoložljive hitrosti rasti na podlagi 80 nm raztopine AuNP. c) Razpoložljive hitrosti rasti na podlagi 20 nm raztopine AuNP, pomešane z 2 delcema = fL 80 nm raztopine AuNP. d) SEM slike mikrostebrov, označenih kot I, II, III in IV v (c). Merilna vrstica predstavlja 10 µm. e) SEM slike nanostruktur mikrostebrov, označenih kot I, II in III v (d). Vrstica merila predstavlja 200 nm. f ) Slika FESEM mikrostebra, rezkanega s FIB. Merilna vrstica predstavlja 5 µm. g) FESEM slika prereza mikrostebra, sestavljenega iz enojne (levo) in binarne kompozicije (desno). Vrstica merila predstavlja 200 nm. (Ponatisnjeno z dovoljenjem Wiley-VCH Verlag)
To spodbuja ideje za izdelavo še bolj zapletenih koloidnih strojev z vključevanjem različnih nanomateriali, katalizatorji ali proteini znotraj enega 3D-natisnjenega stebra. Širokost možnosti poudarja, kako varljivo preprost koncept peresa na papirju raziskovalcev bistveno razširi nabor orodij za napredno nanoinženiring.
Metodologija izhlapevalnega nalivnega peresa tudi zaobide omejitve, ki zavirajo alternativne strategije izdelave. Metode, ki se zanašajo na gradiente vmesnika med trdno in tekočino, lahko izkoristijo samosestavljanje delcev samo v eni ali dveh dimenzijah. Novejši pristopi 3D tiskanja, vodeni s predlogo, so uspešno zgradili centimetre visoke plazmonične supermreže. Vendar pa se trudijo ustvariti majhne serije prilagojenih modelov stebrov, potrebnih za ponavljajoče se nanoinženiringe.
Obstaja tudi kompromis med kompleksnostjo vzorcev in obsežno enotnostjo, saj nanostrukture še vedno rastejo čez obsežno območje izhlapevanja in ne v omejenem območju. To vodi do praktičnih izzivov za učinkovito prevajanje laboratorijskih inovacij v specializirane module in nano naprave.
Poročana tehnika NFP v bistvu deluje kot krčenje 3D-tiskalnika, vendar z naravno vodeno in ne od zunaj vsiljeno montažo. Lokalizacija vsega na mikroskopski vmesnik med površino in konico peresa omogoča izjemen prostorsko-časovni nadzor brez izgube razširljivosti.
Iz tega izhaja zmožnost nenehnega spreminjanja parametrov med izdelavo in konstruiranja heterogenih stebrov, širokih manj kot 10 mikronov, odpira nova obzorja za hitro izdelavo nanoprototipov. Lahko si zamislimo znanstvenike, ki sproti oblikujejo strukture NP po meri, da bi dosegli cilje učinkovitosti ali služili različnim namenom znotraj integriranega nanosistema.
Ta prelomna študija zagotavlja močno osnovo za številne vznemirljive smeri. Naslednja faza vključuje razširitev na več vrst nanodelcev in črnil s širšim naborom funkcij, ki presegajo plazmoniko. Raziskovalci morajo tudi optimizirati hitrost tiskanja, stabilnost arhitekture in velikosti vmesnikov, da premaknejo meje.
Druga kritična naloga bo raziskovanje alternativnih substratov, saj trenutna odvisnost od rezin iz silicijevega dioksida predstavlja izzive za integracijo nanostruktur v naprave ali na neravne površine. Končno lahko raziskovanje inženiringa rezervoarjev ali tehnik z več peresi dodatno razširi nastavljivo kompleksnost kompozicije za 3D koloidno sestavo.
Metodologija nalivnega peresa raziskovalcev predstavlja ključni napredek v nanofabrikaciji, saj združuje vsestranske prednosti usmerjenega sestavljanja z razširljivostjo samosestavljanja. Ta študija v bistvu spremeni peresnik za vsakodnevno sušenje v zmogljivo, a dostopno platformo za nanovzorčenje.
Omenjena tehnika lahko služi kot idealen most med raziskavami nanoznanosti in razvojem tehnologije v resničnem svetu. Zmogljivost testiranja širokega spektra nanostrukturnih kompozicij in geometrij omogoča hitro izdelavo prototipov za optimizacijo dizajnov za ciljne aplikacije. Medtem pa predvidljiva fizika, omejena na majhen vmesnik, omogoča preprosto povečanje za množično proizvodnjo.
Komercialni in družbeni vplivi bi lahko bili globoki, saj raziskovalci izkoriščajo posplošljivost tega pristopa v različnih sektorjih. Na biomedicinski fronti bi lahko prilagojene 3D nanostrukture nukleinske kisline omogočile ciljno dostavo zdravil ali transfekcijo posamezne celice. Plazmonski stebri s programabilnimi optičnimi resonancami bi lahko tvorili osnovo ultra občutljivih platform za molekularno zaznavanje. Mešanje in ujemanje metamaterialov z uporabo tehnike lahko vodi do izboljšanih katalitskih procesov in sistemov za pretvorbo energije.
Če pogledamo naprej, je veliko možnosti za vključitev tiskanja iz več materialov, funkcionalnih črnil z nanodelci in 3D vzorčenja na neravne površine – kar močno poveča kompleksnost oblikovanja.
– Michael je avtor treh knjig Royal Society of Chemistry:
Nano-družba: potiskanje meja tehnologije,
Nanotehnologija: Prihodnost je drobnain
Nanoinženiring: Spretnosti in orodja, zaradi katerih je tehnologija nevidna
Copyright ©
Nanowerk LLC
Postanite avtor Spotlight gosta! Pridružite se naši veliki in rastoči skupini gostujoči sodelavci. Ste pravkar objavili znanstveni članek ali imate kakšen zanimiv razvoj, ki bi ga delili z nanotehnološko skupnostjo? Tukaj je opis, kako objaviti na nanowerk.com.
- Distribucija vsebine in PR s pomočjo SEO. Okrepite se še danes.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Opolnomočite se. Dostopite tukaj.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Razširjeno znanje. Dostopite tukaj.
- PlatoESG. Ogljik, CleanTech, Energija, Okolje, sončna energija, Ravnanje z odpadki. Dostopite tukaj.
- PlatoHealth. Obveščanje o biotehnologiji in kliničnih preskušanjih. Dostopite tukaj.
- vir: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64376.php
- :ima
- : je
- :kje
- $GOR
- 1
- 10
- 20
- 31
- 32
- 3d
- Tiskanje 3D
- 50
- 7
- 8
- 80
- 9
- a
- dostopen
- čez
- prilagodijo
- napredovanje
- napredno
- napredovanje
- Prednosti
- naprej
- omogoča
- Prav tako
- alternativa
- an
- Analiza
- in
- Še ena
- aplikacije
- pristop
- pristopi
- Arhitektura
- OBMOČJE
- Array
- AS
- Skupščina
- At
- Avtor
- avtonomno
- Na voljo
- b
- nazaj
- Ravnovesje
- bar
- bari
- baza
- temeljijo
- Osnovni
- Osnova
- BE
- ker
- počutje
- Berger
- med
- Poleg
- biomedicina
- črna
- prazno
- knjige
- povečuje
- Meje
- širina
- preboj
- MOST
- razširiti
- izgradnjo
- zgrajena
- vendar
- by
- se imenuje
- CAN
- ne more
- kapaciteta
- katalizatorji
- celica
- center
- izziv
- izzivi
- spreminjanje
- kemija
- Grozd
- skupaj
- kombinacije
- združevanje
- komercialna
- skupnost
- kompleksna
- kompleksnost
- sestavljajo
- sestava
- koncentracija
- Koncept
- gradnjo
- stalno
- nadzor
- nadzorom
- nadzor
- Pretvorba
- bi
- ustvarjajo
- Ustvarjanje
- Creative
- kritično
- Cross
- Trenutna
- po meri
- meri
- ples
- Datum
- dostava
- izkazati
- Dokazano
- Gostota
- Oblikovanje
- zasnovan
- oblikovanje
- modeli
- Odkrivanje
- razvili
- Razvoj
- razvoju
- naprave
- drugačen
- Difuzija
- dimenzije
- zmanjšuje
- neposredna
- usmerjen
- Smeri
- Odkritje
- razpršen
- porazdeljena
- razne
- navzdol
- drog
- Dostava drog
- e
- učinkovito
- elektronov
- omogočajo
- omogoča
- Endless
- trajno
- energija
- Inženiring
- Inženirji
- okrepljeno
- predvidevanje
- enačbe
- v bistvu
- vzpostavlja
- Tudi
- enakomerno
- vsak dan
- vse
- Primer
- zanimivo
- Razstavni
- širi
- širi
- Širitev
- Izkoristite
- Raziskovati
- eksponentno
- Odličen
- obsežen
- zunaj
- izredno
- olajša
- daleč
- Nekaj
- Področja
- končno
- iskanje
- Ugotovitve
- Pretok
- tekočina
- za
- sile
- obrazec
- Obrazci
- vodnjak
- iz
- spredaj
- v celoti
- funkcionalno
- funkcionalnosti
- funkcije
- temeljna
- v osnovi
- nadalje
- Prihodnost
- gif
- steklo
- Gold
- gradienti
- prelomni
- skupina
- Grow
- Pridelovanje
- Rast
- Gost
- voden
- vodenje
- se zgodi
- plezalni pas
- Dovoljenje
- Imajo
- višina
- Poudarki
- gospodarstvo
- Horizons
- Kako
- Kako
- Vendar
- HTTPS
- Hybrid
- i
- idealen
- Ideje
- if
- ii
- iii
- slika
- slike
- Vplivi
- naložena
- in
- vključujoč
- narašča
- Inovacije
- vpogled
- integrirana
- Povezovanje
- interaktivni
- vmesnik
- v
- zapleten
- neprecenljivo
- izumlja
- ITS
- pridružite
- jpg
- samo
- Ključne
- korea
- Pomanjkanje
- velika
- obsežne
- zakon
- vodi
- Interesenti
- levo
- manj
- Stopnja
- Vzvod
- Leži
- light
- kot
- omejitve
- Limited
- logo
- Long
- več
- si
- izgube
- nizkimi stroški
- Stroji
- je
- vzdrževanje
- Znamka
- Izdelava
- proizvodnja
- več
- označeno
- Masa
- materiali
- Matter
- največja
- Maj ..
- Medtem
- izmerjena
- mehanska
- mehanika
- Srečati
- metamateriali
- Metoda
- Metodologija
- Metode
- Michael
- Bližnji
- mešano
- Mešanje
- Moduli
- molekularno
- več
- Predlogi
- morajo
- Ime
- nanomateriali
- Nanofotonike
- nanotehnologija
- potrebna
- Novo
- nova obzorja
- Naslednja
- nfp
- št
- pojavijo
- of
- on
- ONE
- samo
- o odprtju
- Optimizirajte
- or
- Organizacija
- Ostalo
- naši
- ven
- več
- lastne
- pakirano
- Papir
- paradigma
- parametri
- delec
- Vzorec
- performance
- Dovoljenje
- faza
- pojav
- PHP
- Fizika
- steber
- stebri
- ključno
- platforma
- Platforme
- platon
- Platonova podatkovna inteligenca
- PlatoData
- pozira
- Stališče
- možnosti
- potencial
- močan
- Praktično
- natančna
- Ravno
- Predvidljivo
- Tiskanje
- tiskanje
- Postopek
- Procesi
- obravnavati
- Proizvedeno
- proizvodnja
- globok
- programabilno
- Napredek
- dokazilo
- dokaz koncepta
- Lastnosti
- Beljakovine
- prototipov
- zagotavlja
- objavijo
- objavljeno
- Založnik
- namene
- Push
- Potiskanje
- količinsko
- Kvantna
- obsegu
- hitro
- Cene
- precej
- resnični svet
- nedavno
- ponovno predstavljanje
- odvisnost
- zanašajo
- ostanki
- izjemno
- Prijavljeno
- Poročanje
- predstavljajo
- predstavlja
- Raziskave
- raziskovalci
- resonanca
- oziroma
- povzroči
- rezultat
- Pravica
- Rise
- royal
- s
- Prilagodljivost
- razširljive
- Lestvica
- luske
- skaliranje
- shema
- znanstveno
- Znanstveniki
- Oddelek
- Sektorji
- iskanju
- SEM
- Serija
- služijo
- več
- Oblike
- Delite s prijatelji, znanci, družino in partnerji :-)
- premik
- predstavitev
- Prikaz
- strani
- bistveno
- Silver
- Enostavno
- saj
- sam
- velikosti
- spretnosti
- majhna
- manj
- družbeni
- Društvo
- Rešitev
- rešitve
- South
- Južna Koreja
- specializirani
- specifična
- hitrost
- hitrosti
- Spotlight
- Stabilnost
- zlaganje
- standardizirani
- Še vedno
- spodbuja
- naravnost
- čudno
- strategije
- Strategija
- močna
- strukturno
- Struktura
- strukture
- Boj
- študija
- Uspešno
- taka
- dobavljeno
- Površina
- Opustitve
- sistemi
- prilagojene
- ciljna
- ciljno
- Cilji
- Naloga
- skupina
- tehnika
- tehnike
- Tehnologije
- Tehnologija
- Razvoj tehnologije
- Test
- besedilo
- kot
- da
- O
- Prihodnost
- njihove
- Teoretični
- Tukaj.
- jih
- stvari
- Razmišljanje
- ta
- tisti,
- 3
- skozi
- Nasvet
- do
- Orodje
- orodja
- tradicionalna
- Transform
- transformacije
- Trend
- dva
- Vrste
- odklene
- posodobitve
- URL
- uporabo
- raznolikost
- vsestranski
- vertikalno
- navpično
- načini
- we
- kdaj
- medtem
- bele
- široka
- širše
- bo
- z
- v
- brez
- pisanje
- pisni
- še
- pridobil
- jo
- Vaša rutina za
- zefirnet