10 січня 2024 р
(Прожектор Nanowerk) Управління світлом на нанорозмірі вже давно приваблює дослідників, які прагнуть використати дивне квантово-механічне явище, яке називається локалізованим поверхневим плазмонним резонансом (LSPR). При взаємодії світла з металом наночастинки (NPs), набагато менші за свою довжину хвилі, відбувається кілька дивовижних речей. Енергія стискається в нанометричні гарячі точки, електрони танцюють разом на резонансних частотах, а оптичні поля експоненціально посилюються, що відкриває нові можливості для технологій, заснованих на світлі.
Проте прогрес залишається сповільненим через відсутність методів побудови складних 3D структур NP, які повністю використовують LSPR. Постійна проблема полягає в пошуку простих, але масштабованих способів укладання NP по вертикалі, зберігаючи при цьому точний контроль над композицією та архітектурою. Методи самоскладання можуть спонтанно вирощувати кластери NP, але підходи традиційної хімії не можуть створювати спеціалізовані геометрії або навмисно розміщувати частинки.
Методи, що покладаються на градієнти межі тверде та рідинне середовище, можуть використовувати самозбірку частинок лише в одному або двох вимірах. Останні підходи до 3D-друку, керовані шаблонами, успішно побудували плазмонні суперґратки висотою в сантиметри. Однак їм важко створити невеликі партії індивідуальних конструкцій стовпів, необхідних для ітерації наноінженерія.
Існує також компроміс між складністю візерунка та великомасштабною однорідністю, оскільки наноструктури все ще ростуть у великій зоні випаровування, а не в обмеженій зоні. Це призводить до практичних проблем для ефективного перетворення лабораторних інновацій у спеціалізовані модулі та нанопристрої.
Повідомляючи про свої висновки в невеликий («Наноперо для написання гібридних плазмонічних архітектур»), міждисциплінарна команда інженерів і вчених з Південної Кореї розробила креативну стратегію 3D-друку різноманітних окремо стоячих «колоїдних стовпів», виготовлених із спеціально розроблених комбінацій NP. Вони створюють спеціалізовані авторучки, які врівноважують капілярний потік і випаровування розчинника, щоб керувати рідинним самоскладанням суспензій NP – по суті керуючи автономною організацією матерії через фізику.
Письмо на мікрометричних шкалах, натхненне авторучкою. а) Схема письма за допомогою авторучки. б) Ультратонка авторучка для дисперсного чорнила NP. Масштабна шкала відповідає 5 мкм. в) Схема точкової колоїдної збірки. d) Текст мікрометрового розміру, написаний колоїдним вузлом (ліворуч) і SEM-зображення структури напівпончика (праворуч). Масштабні шкали лівого та правого зображень представляють 50 та 1 мкм відповідно. д) Схема 3D колоїдної збірки. f ) Різноманітні 3D колоїдні збірки (ліворуч) і упаковка NP (праворуч). Масштабна шкала позначає 10 мкм (чорний) і 1 мкм (білий). (Передруковано з дозволу Wiley-VCH Verlag)
Цей прорив дозволяє точно налаштувати оптичні та структурні властивості субмікронних стовпів шляхом змішування розмірів частинок і наноматеріалів. На підтвердження концепції дослідники демонструють реагуючі на вологість приводи NP/біоматеріалу. Цей фундаментальний прогрес створює надзвичайно універсальну та доступну платформу для розробки індивідуальних плазмоніків метаматеріали.
Цей недорогий, високопродуктивний метод обробки розчину дозволяє налаштовувати оптичні властивості шляхом змішування розмірів частинок і матеріалів в одній колоні. Дослідники демонструють потенційні застосування, такі як наноприводи, що реагують на вологість. Цей прогрес створює надзвичайно універсальну платформу для виготовлення індивідуальних тривимірних плазмонних структур нанофотоніка, фотокаталіз та нанорозмірні пристрої.
Ключова інновація полягає в зменшенні та переосмисленні основної механіки чорнильного пера. У макромасштабі авторучки покладаються на безперервну подачу вологі чорнила, поки розчинник випаровується на папері. Дослідницька група розробила конічну скляну мікрокапілярну трубку, яка імітує процес запису на мікроскопічному рівні.
При зануренні в колоїдне чорнило NP вузький кінчик трубки утворює капілярний міст, що випаровується, шириною всього кілька мікрон. Коли чорнило самозбирається на цьому крихітному інтерфейсі, дослідники можуть витягувати стовпи, починаючи від гексагонально упакованих сфер до спіральних наноструктур. Зміна концентрації частинок у чорнилі або змішування двох різних розчинів NP забезпечує точне налаштування 3D-архітектур.
Наприклад, поєднання 80 нм золотих НЧ (AuNP) з меншими 20 нм AuNP значно збільшує максимальну висоту стовпа. Це відбувається тому, що нанопориста збірка дозволяє капілярно підніматися рідині всередині 3D-стовпа, збільшуючи площу випаровування для поповнення потоку чорнила. В результаті швидкість росту більше не обмежується дифузією від капілярного містка, що зменшується.
Теоретичний аналіз команди надає рівняння, що пов’язують параметри виготовлення, такі як вологість і щільність частинок, із експериментально виміряними темпами розширення стовпа. Цей рівень кількісного розуміння буде неоціненним для тих, хто хоче адаптувати техніку для конкретних застосувань.
На підтвердження концепції дослідники продемонстрували різні можливості оптичної настройки за допомогою NFP. Змішування AuNP і срібних NP дало самозбірну форму напівпончика з рівномірно розподіленим складом. Зміна пропорцій малих і великих AuNP створювала стовпчасті наноструктури, які демонстрували властивості контрольованого поглинання світла.
Команда надрукувала асиметричні стовпи «Янус» за допомогою чорнила NP з одного боку та функціонального біологічного чорнила, що містить паличкоподібні бактеріофаги M13, з іншого. Чутливість M13 до градієнтів вологості викликала оборотні згинальні рухи, по суті створюючи мініатюрні приводи, що керуються вологістю, з двосторонніх стовпів.
Вертикальне зростання подвійного колоїдного кластера. a) Серія оптичних мікрофотографій, що демонструють вертикальне зростання подвійного колоїдного кластера. Масштабна шкала відповідає 50 мкм. b) Доступні швидкості росту на основі розчину AuNP 80 нм. c) Доступні швидкості росту на основі розчину AuNP 20 нм, змішаного з 2 частинками=fL розчину AuNP 80 нм. d) SEM-зображення мікростолбів, позначених як I, II, III та IV у (c). Масштабна шкала відповідає 10 мкм. e) СЕМ-зображення наноструктур мікростолбів, позначених як I, II та III у (d). Масштабна шкала відповідає 200 нм. f ) FESEM зображення мікроколони, відфрезерованої з FIB. Масштабна шкала відповідає 5 мкм. g) FESEM-зображення поперечного перерізу мікроколона, що складається з одиночної (ліворуч) і бінарної композиції (праворуч). Масштабна шкала відповідає 200 нм. (Передруковано з дозволу Wiley-VCH Verlag)
Це стимулює ідеї щодо виробництва ще більш складних колоїдних машин шляхом включення різних наноматеріали, каталізатори або білки в одній 3D-друкованій колоні. Широта можливостей підкреслює, як оманливо проста концепція дослідників «ручка на папері» фундаментально розширює набір інструментів для передової наноінженерії.
Методологія випарної авторучки також обходить обмеження, які стримують альтернативні стратегії виготовлення. Методи, що покладаються на градієнти межі тверде та рідинне середовище, можуть використовувати самозбірку частинок лише в одному або двох вимірах. Останні підходи до 3D-друку, керовані шаблонами, успішно побудували плазмонні суперґратки висотою в сантиметри. Однак їм важко створити невеликі партії індивідуальних конструкцій стовпів, необхідних для ітеративної наноінженерії.
Існує також компроміс між складністю візерунка та великомасштабною однорідністю, оскільки наноструктури все ще ростуть у великій зоні випаровування, а не в обмеженій зоні. Це призводить до практичних проблем для ефективного перетворення лабораторних інновацій у спеціалізовані модулі та нанопристрої.
Повідомлена технологія NFP по суті функціонує як 3D-принтер, що зменшується, але з природним керуванням, а не ззовні нав’язаним складанням. Локалізація всього на мікроскопічному інтерфейсі між поверхнею та кінчиком пера забезпечує вишуканий просторово-часовий контроль без втрати масштабованості.
Отримана в результаті здатність безперервно змінювати параметри в середині виготовлення та будувати неоднорідні стовпи шириною менше 10 мікрон відкриває нові горизонти для швидкого створення нанопрототипів. Можна уявити, що вчені розробляють спеціальні структури NP на льоту, щоб досягти цільових показників продуктивності або служити іншим цілям в рамках інтегрованої наносистеми.
Це проривне дослідження забезпечує міцну основу для багатьох захоплюючих напрямків. Наступний етап передбачає розширення до більшої кількості типів наночастинок і чорнила з більш широким набором функціональних можливостей, крім плазмоніки. Дослідники також повинні оптимізувати швидкість друку, стабільність архітектури та розміри інтерфейсу, щоб розширити межі.
Іншим важливим завданням буде дослідження альтернативних підкладок, оскільки нинішня залежність від силікатних пластин створює проблеми для інтеграції наноструктур у пристрої або на неплоскі поверхні. Нарешті, вивчення методів розробки резервуарів або мультиперів може ще більше розширити настроювану композиційну складність для тривимірної колоїдної збірки.
Методологія авторучки дослідників є ключовим прогресом у нанофабрикаціях, поєднуючи різноманітні переваги спрямованого збирання з масштабованістю самостійного збирання. Це дослідження по суті перетворює ручку для повсякденного сушіння на потужну, але доступну платформу для створення нанопаттернів.
Повідомлена техніка може служити ідеальним мостом між дослідженнями в галузі нанонауки та розвитком реальних технологій. Здатність тестувати різноманітні наноструктурні композиції та геометрії сприяє швидкому створенню прототипів для оптимізації конструкцій для цільових застосувань. У той же час передбачувана фізика, обмежена крихітним інтерфейсом, дає змогу легко розширювати масштаби для масового виробництва.
Комерційні та суспільні наслідки можуть бути глибокими, оскільки дослідники використовують можливість узагальнення цього підходу для різних секторів. На біомедичному фронті індивідуальні тривимірні наноструктури нуклеїнових кислот можуть забезпечити цільову доставку ліків або трансфекцію однієї клітини. Плазмонні колони з програмованими оптичними резонансами можуть стати основою надчутливих платформ молекулярного виявлення. Змішування метаматеріалів за допомогою цієї техніки може привести до покращених каталітичних процесів і систем перетворення енергії.
Заглядаючи в майбутнє, ви побачите безліч можливостей для друку з кількох матеріалів, функціональних чорнил із наночастинок і нанесення 3D-візерунків на неплоскі поверхні, що значно збільшує складність дизайну.
By
Майкл
Бергер
– Майкл є автором трьох книг Королівського товариства хімії:
Нано-суспільство: розсув кордони технологій,
Нанотехнології: Майбутнє крихітне та
Наноінженерія: навички та інструменти, що роблять технологію невидимою
Copyright ©
ТОВ «Нановерк».
Станьте запрошеним автором Spotlight! Приєднуйтесь до нашої великої та зростаючої групи гості дописувачі. Ви щойно опублікували наукову роботу чи маєте інші цікаві розробки, якими можете поділитися з нанотехнологічною спільнотою? Ось як опублікувати на nanowerk.com.
- Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Додайте собі сили. Доступ тут.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
- ПлатонЕСГ. вуглець, CleanTech, Енергія, Навколишнє середовище, Сонячна, Поводження з відходами. Доступ тут.
- PlatoHealth. Розвідка про біотехнології та клінічні випробування. Доступ тут.
- джерело: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64376.php
- : має
- :є
- :де
- $UP
- 1
- 10
- 20
- 31
- 32
- 3d
- 3D Друк
- 50
- 7
- 8
- 80
- 9
- a
- доступною
- через
- пристосовувати
- просування
- просунутий
- просування
- Переваги
- попереду
- дозволяє
- Також
- альтернатива
- an
- аналіз
- та
- Інший
- застосування
- підхід
- підходи
- архітектура
- ПЛОЩА
- масив
- AS
- збірка
- At
- автор
- автономний
- доступний
- b
- назад
- Balance
- бар
- бари
- база
- заснований
- основний
- основа
- BE
- оскільки
- буття
- Бергер
- між
- За
- біомедичні
- Black
- порожній
- книги
- підсилює
- Межі
- широта
- прорив
- BRIDGE
- розширити
- будувати
- побудований
- але
- by
- званий
- CAN
- не може
- потужність
- каталізаторів
- осередок
- Центр
- виклик
- проблеми
- заміна
- хімія
- кластер
- колективно
- комбінації
- об'єднання
- комерційний
- співтовариство
- комплекс
- складність
- складається
- склад
- концентрація
- концепція
- будувати
- постійно
- контроль
- контроль
- управління
- Перетворення
- може
- створювати
- створення
- Креатив
- критичний
- Перетинати
- Поточний
- виготовлений на замовлення
- налаштувати
- танець
- Дата
- доставка
- демонструвати
- продемонстрований
- Щільність
- дизайн
- призначений
- проектування
- конструкцій
- Виявлення
- розвиненою
- розробка
- події
- прилади
- різний
- радіомовлення
- розміри
- зменшується
- прямий
- спрямований
- напрямки
- відкриття
- розійшлися
- розподілений
- Різне
- вниз
- наркотик
- Доставка ліків
- e
- продуктивно
- електрони
- включіть
- дозволяє
- Нескінченний
- витривалий
- енергія
- Машинобудування
- Інженери
- підвищена
- передбачення
- рівняння
- по суті
- встановлює
- Навіть
- рівномірно
- повсякденний
- все
- приклад
- захоплюючий
- Виставкові
- розширюється
- розширюється
- розширення
- Експлуатувати
- Дослідження
- експоненціально
- вишуканий
- обширний
- зовні
- надзвичайно
- полегшує
- далеко
- кілька
- Поля
- в кінці кінців
- виявлення
- результати
- потік
- рідина
- для
- Війська
- форма
- форми
- фонтан
- від
- перед
- повністю
- функціональний
- функціональні можливості
- Функції
- фундаментальний
- принципово
- далі
- майбутнє
- GIF
- скло
- золото
- градієнти
- новаторський
- Group
- Рости
- Зростання
- Зростання
- гість
- керуватися
- керівництво
- відбувається
- збруя
- Запрягання
- Мати
- висота
- основний момент
- проведення
- Горизонти
- Як
- How To
- Однак
- HTTPS
- гібрид
- i
- ідеальний
- ідеї
- if
- ii
- III
- зображення
- зображень
- Вплив
- накладений
- in
- включення
- зростаючий
- інновація
- розуміння
- інтегрований
- Інтеграція
- взаємодіє
- інтерфейс
- в
- складний
- безцінний
- винаходить
- ЙОГО
- приєднатися
- JPG
- просто
- ключ
- Корея
- відсутність
- великий
- масштабний
- закон
- вести
- Веде за собою
- залишити
- менше
- рівень
- Важіль
- лежить
- світло
- як
- недоліки
- обмеженою
- логотип
- Довго
- довше
- шукати
- програш
- недорогий
- Машинки для перманенту
- made
- збереження
- зробити
- Робить
- виробництво
- багато
- позначено
- Маса
- Матеріали
- Матерія
- максимальний
- Може..
- Між тим
- виміряний
- механічний
- механіка
- Зустрічатися
- метаматеріали
- метод
- Методологія
- методика
- Майкл
- Середній
- змішаний
- Змішування
- Модулі
- молекулярний
- більше
- руху
- повинен
- ім'я
- наноматеріали
- Нанофотоніка
- нанотехнології
- необхідний
- Нові
- нові горизонти
- наступний
- НПЛ
- немає
- відбуваються
- of
- on
- ONE
- тільки
- відкриття
- Оптимізувати
- or
- організація
- Інше
- наші
- з
- над
- власний
- упакований
- Папір
- парадигма
- параметри
- частинка
- Викрійки
- продуктивність
- дозвіл
- фаза
- явище
- PHP
- Фізика
- стовп
- стовпи
- основний
- платформа
- Платформи
- plato
- Інформація про дані Платона
- PlatoData
- позах
- положення
- можливостей
- потенціал
- потужний
- Практичний
- необхідність
- точно
- Передбачуваний
- друк
- друк
- процес
- процеси
- обробка
- Вироблений
- Production
- глибокий
- програмований
- прогрес
- доказ
- доказ концепції
- властивості
- Білки
- макетування
- забезпечує
- публікувати
- опублікований
- видавець
- цілей
- Штовхати
- Натискання
- кількісний
- Квантовий
- ранжування
- швидко
- ставки
- швидше
- Реальний світ
- останній
- переосмислення
- опора
- покладатися
- залишається
- чудовий
- Повідомляється
- Звітність
- представляти
- представляє
- дослідження
- Дослідники
- резонанс
- відповідно
- результат
- в результаті
- право
- Зростання
- королівський
- s
- масштабованість
- масштабовані
- шкала
- ваги
- Масштабування
- схема
- науковий
- Вчені
- розділ
- Сектори
- пошук
- SEM
- Серія
- служити
- кілька
- форми
- Поділитись
- зсув
- демонстрації
- показ
- сторона
- істотно
- срібло
- простий
- з
- один
- розміри
- навички
- невеликий
- менше
- суспільний
- суспільство
- рішення
- Рішення
- Південь
- South Korea
- спеціалізований
- конкретний
- швидкість
- швидкість
- Прожектор
- Стабільність
- укладання
- нормований
- Як і раніше
- стимулює
- просто
- дивний
- стратегії
- Стратегія
- сильний
- структурний
- структура
- структур
- боротьба
- Вивчення
- Успішно
- такі
- поставляється
- поверхню
- суспензії
- Systems
- з урахуванням
- Мета
- цільове
- цілі
- Завдання
- команда
- техніка
- методи
- Технології
- Технологія
- Розвиток технологій
- тест
- текст
- ніж
- Що
- Команда
- Майбутнє
- їх
- теоретичний
- Там.
- вони
- речі
- Мислення
- це
- ті
- три
- через
- чайові
- до
- Інструментарій
- інструменти
- традиційний
- Перетворення
- перетворення
- Trend
- два
- Типи
- розблокує
- Updates
- URL
- використання
- різноманітність
- різнобічний
- вертикальний
- вертикально
- способи
- we
- коли
- в той час як
- білий
- широкий
- ширше
- волі
- з
- в
- без
- лист
- письмовий
- ще
- дали
- ви
- вашу
- зефірнет