Ngày 10 tháng 2024 năm XNUMX
(Tiêu điểm Nanowerk) Việc kiểm soát ánh sáng ở cấp độ nano từ lâu đã lôi kéo các nhà nghiên cứu tìm cách khai thác một hiện tượng cơ học lượng tử kỳ lạ gọi là cộng hưởng plasmon bề mặt cục bộ (LSPR). Khi ánh sáng tương tác với kim loại hạt nano (NP) nhỏ hơn nhiều so với bước sóng của nó, một số điều đáng chú ý đã xảy ra. Năng lượng bị nén thành các điểm nóng có kích thước nanomet, các electron nhảy múa tập thể theo tần số cộng hưởng và trường quang học tăng cường theo cấp số nhân – mở ra những khả năng mới cho các công nghệ dựa trên ánh sáng.
Tuy nhiên, tiến độ vẫn bị chậm lại do thiếu phương pháp xây dựng cấu trúc NP 3D phức tạp để khai thác triệt để LSPR. Thử thách lâu dài là tìm ra những cách đơn giản nhưng có thể mở rộng để xếp chồng các NP theo chiều dọc trong khi vẫn duy trì khả năng kiểm soát tinh chỉnh đối với thành phần và kiến trúc. Các kỹ thuật tự lắp ráp có thể phát triển các cụm NP một cách tự nhiên, nhưng các phương pháp hóa học truyền thống gặp khó khăn trong việc tạo ra các hình học chuyên biệt hoặc định vị các hạt một cách có chủ ý.
Các phương pháp phụ thuộc vào độ dốc giao diện chất lỏng rắn chỉ có thể thúc đẩy quá trình tự lắp ráp hạt theo một hoặc hai chiều. Các phương pháp in 3D hướng dẫn mẫu gần đây hơn đã chế tạo thành công các siêu mạng plasmonic cao hàng centimet. Tuy nhiên, họ gặp khó khăn trong việc tạo ra các lô nhỏ thiết kế trụ cột tùy chỉnh cần thiết cho quá trình lặp lại. kỹ thuật nano.
Ngoài ra còn có sự cân bằng giữa độ phức tạp của mẫu và tính đồng nhất ở quy mô lớn do cấu trúc nano vẫn phát triển trên một khu vực bốc hơi rộng rãi chứ không phải một vùng hạn chế. Điều này dẫn đến những thách thức thực tế trong việc chuyển đổi một cách hiệu quả sự đổi mới trong phòng thí nghiệm thành các mô-đun và thiết bị nano chuyên dụng.
Báo cáo những phát hiện của họ trong Nhỏ (“Bút đài phun nano để viết kiến trúc Plasmonic lai”), một nhóm kỹ sư và nhà khoa học liên ngành đến từ Hàn Quốc đã phát triển một chiến lược sáng tạo để in 3D các “cột keo” độc lập đa dạng được tạo thành từ các kết hợp NP được thiết kế riêng. Họ chế tạo những chiếc bút máy chuyên dụng giúp cân bằng dòng mao dẫn và sự bay hơi dung môi để chỉ đạo quá trình tự lắp ráp chất lỏng của huyền phù NP – về cơ bản hướng dẫn tổ chức tự trị của vật chất thông qua vật lý.
Chữ viết lấy cảm hứng từ bút máy trên thang micromet. a) Sơ đồ viết bằng bút máy. b) Bút máy siêu mịn dùng cho mực phân tán NP. Thanh tỷ lệ đại diện cho 5 Phaμm. c) Sơ đồ tổ hợp keo dạng điểm. d) Văn bản có kích thước micromet được viết bởi tổ hợp keo (trái) và ảnh SEM của cấu trúc nửa bánh rán (phải). Các thanh tỷ lệ của hình ảnh bên trái và bên phải tương ứng là 50 và 1 Pha. e) Sơ đồ lắp ráp keo 3D. f ) Tổ hợp keo 3D đa dạng (trái) và đóng gói NP (phải). Thanh tỷ lệ đại diện cho 10 Pha (màu đen) và 1 Pha (màu trắng). (In lại với sự cho phép của Wiley-VCH Verlag)
Bước đột phá này cho phép điều chỉnh chính xác các đặc tính quang học và cấu trúc của các cột dưới micron bằng cách trộn các kích thước hạt và vật liệu nano. Để chứng minh khái niệm này, các nhà nghiên cứu đã chứng minh các bộ truyền động vật liệu sinh học/NP phản ứng với độ ẩm. Bước tiến cơ bản này thiết lập một nền tảng cực kỳ linh hoạt và dễ tiếp cận để thiết kế các plasmonic tùy chỉnh. siêu vật liệu.
Kỹ thuật xử lý giải pháp thông lượng cao, chi phí thấp này cho phép điều chỉnh các đặc tính quang học bằng cách trộn các kích thước hạt và vật liệu trong một trụ duy nhất. Các nhà nghiên cứu giới thiệu các ứng dụng tiềm năng như bộ truyền động nano phản ứng với độ ẩm. Bước tiến này thiết lập một nền tảng cực kỳ linh hoạt để chế tạo các cấu trúc plasmonic 3D phù hợp cho quang âm nano, quang xúc tác và các thiết bị có kích thước nano.
Sự đổi mới quan trọng nằm ở việc thu nhỏ quy mô và hình dung lại cơ chế cơ bản của bút mực. Ở cấp độ vĩ mô, bút máy phụ thuộc vào mực ướt được cung cấp liên tục trong khi dung môi bay hơi trên giấy. Nhóm nghiên cứu đã thiết kế một ống mao dẫn thủy tinh thuôn nhọn mô phỏng quá trình viết này ở cấp độ vi mô.
Khi nhúng vào mực NP keo, đầu ống hẹp tạo thành cầu mao dẫn bay hơi chỉ rộng vài micron. Khi mực tự lắp ráp tại giao diện nhỏ bé này, các nhà nghiên cứu có thể kéo lên các cột từ hình cầu lục giác cho đến cấu trúc nano xoắn ốc. Việc thay đổi nồng độ hạt trong mực hoặc trộn hai dung dịch NP khác nhau cho phép điều chỉnh chính xác kiến trúc 3D.
Ví dụ, kết hợp các NP vàng 80 nm (AuNP) với các AuNP 20 nm nhỏ hơn sẽ tăng đáng kể chiều cao cột tối đa. Điều này xảy ra vì việc lắp ráp các lỗ nano cho phép chất lỏng dâng lên mao dẫn bên trong trụ 3D, làm tăng diện tích bay hơi để bổ sung dòng mực. Kết quả là tốc độ tăng trưởng không còn bị giới hạn bởi sự khuếch tán từ cầu mao mạch đang suy giảm.
Phân tích lý thuyết của nhóm cung cấp các phương trình liên quan đến các thông số chế tạo như độ ẩm và mật độ hạt với tốc độ giãn nở của cột được đo bằng thực nghiệm. Mức độ hiểu biết sâu sắc về mặt định lượng này sẽ là vô giá đối với những ai đang tìm cách áp dụng kỹ thuật này cho các ứng dụng cụ thể.
Để chứng minh khái niệm, các nhà nghiên cứu đã chứng minh nhiều khả năng điều chỉnh quang học bằng cách sử dụng NFP. Trộn AuNP và NP bạc tạo ra hình dạng nửa bánh rán tự lắp ráp với thành phần phân bổ đều. Việc thay đổi tỷ lệ của AuNP nhỏ và lớn đã tạo ra các cấu trúc nano trụ thể hiện đặc tính hấp thụ ánh sáng được kiểm soát.
Nhóm nghiên cứu đã in các cột “Janus” không đối xứng bằng cách sử dụng mực NP ở một mặt và mực sinh học chức năng chứa các thể thực khuẩn M13 dạng que ở mặt kia. Khả năng đáp ứng của M13 với độ dốc độ ẩm gây ra các chuyển động uốn có thể đảo ngược, về cơ bản tạo ra các bộ truyền động điều khiển độ ẩm thu nhỏ từ các trụ hai mặt.
Sự phát triển theo chiều dọc của một cụm keo nhị phân. a) Chuỗi ảnh vi mô quang học cho thấy sự phát triển theo chiều dọc của cụm keo nhị phân. Thanh tỷ lệ đại diện cho 50 Pha. b) Tốc độ tăng trưởng sẵn có dựa trên dung dịch AuNP 80 nm. c) Tốc độ tăng trưởng khả dụng dựa trên dung dịch AuNP 20 nm trộn với 2 hạt=fL của dung dịch AuNP 80 nm. d) Ảnh SEM của các micropillar được đánh dấu là I, II, III và IV trong (c). Thanh tỷ lệ đại diện cho 10 Pha. e) Ảnh SEM của cấu trúc nano của micropillar được đánh dấu là I, II và III trong (d). Thanh tỷ lệ đại diện cho 200nm. f ) Ảnh FESEM của một micropillar được phay bằng FIB. Thanh tỷ lệ đại diện cho 5 Pha. g) Ảnh FESEM của mặt cắt ngang của micropillar bao gồm một thành phần đơn (trái) và nhị phân (phải). Thanh tỷ lệ đại diện cho 200nm. (In lại với sự cho phép của Wiley-VCH Verlag)
Điều này kích thích các ý tưởng sản xuất máy keo phức tạp hơn nữa bằng cách kết hợp các phương pháp khác nhau. vật liệu nano, chất xúc tác hoặc protein trong một cột duy nhất được in 3D. Khả năng đa dạng làm nổi bật khái niệm viết trên giấy tưởng chừng đơn giản của các nhà nghiên cứu về cơ bản mở rộng bộ công cụ cho kỹ thuật nano tiên tiến.
Phương pháp bút máy bay hơi cũng tránh được những hạn chế cản trở các chiến lược chế tạo thay thế. Các phương pháp phụ thuộc vào độ dốc giao diện chất lỏng rắn chỉ có thể thúc đẩy quá trình tự lắp ráp hạt theo một hoặc hai chiều. Các phương pháp in 3D hướng dẫn mẫu gần đây hơn đã chế tạo thành công các siêu mạng plasmonic cao hàng centimet. Tuy nhiên, họ gặp khó khăn trong việc tạo ra các lô nhỏ thiết kế trụ tùy chỉnh cần thiết cho kỹ thuật nano lặp đi lặp lại.
Ngoài ra còn có sự cân bằng giữa độ phức tạp của mẫu và tính đồng nhất ở quy mô lớn do cấu trúc nano vẫn phát triển trên một khu vực bốc hơi rộng rãi chứ không phải một vùng hạn chế. Điều này dẫn đến những thách thức thực tế trong việc chuyển đổi một cách hiệu quả sự đổi mới trong phòng thí nghiệm thành các mô-đun và thiết bị nano chuyên dụng.
Kỹ thuật NFP được báo cáo về cơ bản hoạt động như một máy in 3D thu nhỏ nhưng được lắp ráp được hướng dẫn tự nhiên thay vì lắp ráp từ bên ngoài. Việc bản địa hóa mọi thứ vào giao diện vi mô giữa bề mặt và đầu bút cho phép kiểm soát không gian và thời gian một cách tinh tế mà không làm mất khả năng mở rộng.
Khả năng liên tục thay đổi các tham số trong quá trình chế tạo và xây dựng các cột không đồng nhất có chiều rộng dưới 10 micron sẽ mở ra những chân trời mới cho việc tạo nguyên mẫu nano nhanh chóng. Người ta có thể hình dung các nhà khoa học đang nhanh chóng thiết kế các cấu trúc NP tùy chỉnh để đáp ứng các mục tiêu hiệu suất hoặc phục vụ các mục đích khác nhau trong một hệ thống nano tích hợp.
Nghiên cứu mang tính đột phá này cung cấp cơ sở vững chắc cho nhiều hướng đi thú vị. Giai đoạn tiếp theo đòi hỏi phải mở rộng sang nhiều loại hạt nano hơn và nhiều loại mực hơn với nhiều chức năng hơn ngoài plasmonics. Các nhà nghiên cứu cũng phải tối ưu hóa tốc độ in, độ ổn định của kiến trúc và kích thước giao diện để vượt qua các giới hạn.
Một nhiệm vụ quan trọng khác sẽ là nghiên cứu các chất nền thay thế vì sự phụ thuộc hiện nay vào các tấm silic đặt ra những thách thức cho việc tích hợp các cấu trúc nano trong các thiết bị hoặc trên các bề mặt không phẳng. Cuối cùng, việc khám phá kỹ thuật hồ chứa hoặc kỹ thuật nhiều bút có thể mở rộng hơn nữa độ phức tạp về thành phần có thể điều chỉnh để lắp ráp keo 3D.
Phương pháp bút máy của các nhà nghiên cứu thể hiện một bước tiến quan trọng trong chế tạo nano, kết hợp những ưu điểm linh hoạt của lắp ráp trực tiếp với khả năng mở rộng của quá trình tự lắp ráp. Nghiên cứu này về cơ bản biến một chiếc bút sấy hàng ngày thành một nền tảng tạo mẫu nano mạnh mẽ nhưng dễ tiếp cận.
Kỹ thuật được báo cáo có thể đóng vai trò là cầu nối lý tưởng giữa nghiên cứu khoa học nano và phát triển công nghệ trong thế giới thực. Khả năng kiểm tra các thành phần và hình học cấu trúc nano trên phạm vi rộng tạo điều kiện thuận lợi cho việc tạo mẫu nhanh nhằm tối ưu hóa thiết kế cho các ứng dụng mục tiêu. Trong khi đó, tính chất vật lý có thể dự đoán được giới hạn trong một giao diện nhỏ cho phép dễ dàng mở rộng quy mô để sản xuất hàng loạt.
Tác động thương mại và xã hội có thể sâu sắc khi các nhà nghiên cứu khai thác tính tổng quát của phương pháp này trên các lĩnh vực. Về mặt y sinh, cấu trúc nano axit nucleic 3D tùy chỉnh có thể cho phép phân phối thuốc theo mục tiêu hoặc truyền tế bào đơn lẻ. Các cột plasmonic có cộng hưởng quang học có thể lập trình có thể tạo thành nền tảng cho các nền tảng phát hiện phân tử siêu nhạy. Các siêu vật liệu trộn và kết hợp sử dụng kỹ thuật này có thể dẫn đến các quá trình xúc tác và hệ thống chuyển đổi năng lượng được nâng cao.
Nhìn về phía trước, có rất nhiều khả năng kết hợp in đa vật liệu, mực hạt nano chức năng và tạo mẫu 3D trên các bề mặt không phẳng – mở rộng đáng kể độ phức tạp của thiết kế.
– Michael là tác giả của ba cuốn sách của Hiệp hội Hóa học Hoàng gia:
Xã hội Nano: Đẩy mạnh ranh giới của công nghệ,
Công nghệ nano: Tương lai nhỏ bévà
Nanoengineering: Các kỹ năng và công cụ làm cho công nghệ vô hình
Bản quyền ©
Công Ty TNHH Nanowerk
Trở thành tác giả khách mời của Spotlight! Tham gia nhóm lớn và đang phát triển của chúng tôi những người đóng góp cho khách. Bạn vừa xuất bản một bài báo khoa học hoặc có những phát triển thú vị khác để chia sẻ với cộng đồng công nghệ nano? Đây là cách xuất bản trên nanowerk.com.
- Phân phối nội dung và PR được hỗ trợ bởi SEO. Được khuếch đại ngay hôm nay.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Trao quyền cho chính mình. Truy cập Tại đây.
- PlatoAiStream. Thông minh Web3. Kiến thức khuếch đại. Truy cập Tại đây.
- Trung tâmESG. Than đá, công nghệ sạch, Năng lượng, Môi trường Hệ mặt trời, Quản lý chất thải. Truy cập Tại đây.
- PlatoSức khỏe. Tình báo thử nghiệm lâm sàng và công nghệ sinh học. Truy cập Tại đây.
- nguồn: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64376.php
- : có
- :là
- :Ở đâu
- $ LÊN
- 1
- 10
- 20
- 31
- 32
- 3d
- In ấn 3D
- 50
- 7
- 8
- 80
- 9
- a
- có thể truy cập
- ngang qua
- thích ứng
- tiến
- tiên tiến
- thăng tiến
- lợi thế
- trước
- cho phép
- Ngoài ra
- thay thế
- an
- phân tích
- và
- Một
- các ứng dụng
- phương pháp tiếp cận
- cách tiếp cận
- kiến trúc
- KHU VỰC
- Mảng
- AS
- hợp ngữ
- At
- tác giả
- tự trị
- có sẵn
- b
- trở lại
- Cân đối
- thanh
- thanh
- cơ sở
- dựa
- cơ bản
- cơ sở
- BE
- bởi vì
- được
- Berger
- giữa
- Ngoài
- y sinh
- Đen
- trống
- Sách
- tăng
- ranh giới
- bề rộng
- bước đột phá
- CẦU
- nới rộng
- xây dựng
- xây dựng
- nhưng
- by
- gọi là
- CAN
- không thể
- Sức chứa
- chất xúc tác
- pin
- Trung tâm
- thách thức
- thách thức
- thay đổi
- hóa học
- cụm
- chung
- kết hợp
- kết hợp
- thương gia
- cộng đồng
- phức tạp
- phức tạp
- sáng tác
- thành phần
- tập trung
- khái niệm
- xây dựng
- liên tục
- điều khiển
- kiểm soát
- kiểm soát
- Chuyển đổi
- có thể
- tạo
- Tạo
- Sáng tạo
- quan trọng
- Vượt qua
- Current
- khách hàng
- tùy chỉnh
- nhảy
- Ngày
- giao hàng
- chứng minh
- chứng minh
- mật độ
- Thiết kế
- thiết kế
- thiết kế
- thiết kế
- Phát hiện
- phát triển
- Phát triển
- phát triển
- Thiết bị (Devices)
- khác nhau
- Lôi thôi
- kích thước
- giảm dần
- trực tiếp
- đạo diễn
- hướng
- phát hiện
- phân tán
- phân phối
- khác nhau
- xuống
- thuốc
- Nghiên cứu ảnh hưởng của chất kích thích
- e
- hiệu quả
- điện tử
- cho phép
- cho phép
- Endless
- bền bỉ
- năng lượng
- Kỹ Sư
- Kỹ sư
- nâng cao
- hình dung
- phương trình
- chủ yếu
- thành lập
- Ngay cả
- như nhau
- hàng ngày
- tất cả mọi thứ
- ví dụ
- thú vị
- Trưng bày
- mở rộng
- mở rộng
- mở rộng
- Khai thác
- Khám phá
- theo hàm mũ
- tinh tế
- mở rộng
- bên ngoài
- cực kỳ
- tạo điều kiện
- xa
- vài
- Lĩnh vực
- Cuối cùng
- tìm kiếm
- phát hiện
- dòng chảy
- chất lỏng
- Trong
- Lực lượng
- hình thức
- các hình thức
- đài phun nước
- từ
- trước mặt
- đầy đủ
- chức năng
- chức năng
- chức năng
- cơ bản
- về cơ bản
- xa hơn
- tương lai
- gif
- ly
- Gói Vàng
- gradients
- đột phá
- Nhóm
- Phát triển
- Phát triển
- Tăng trưởng
- Khách
- hướng dẫn
- hướng dẫn
- xảy ra
- khai thác
- Khai thác
- Có
- cao
- nổi bật
- tổ chức
- Horizons
- Độ đáng tin của
- Hướng dẫn
- Tuy nhiên
- HTTPS
- Hỗn hợp
- i
- lý tưởng
- ý tưởng
- if
- ii
- iii
- hình ảnh
- hình ảnh
- Tác động
- Áp đặt
- in
- kết hợp
- tăng
- sự đổi mới
- cái nhìn sâu sắc
- tích hợp
- Tích hợp
- tương tác
- Giao thức
- trong
- phức tạp
- vô giá
- phát minh
- ITS
- tham gia
- jpg
- chỉ
- Key
- korea
- Thiếu sót
- lớn
- quy mô lớn
- Luật
- dẫn
- Dẫn
- trái
- ít
- Cấp
- Tỉ lệ đòn bẩy
- nằm
- ánh sáng
- Lượt thích
- hạn chế
- Hạn chế
- Logo
- dài
- còn
- tìm kiếm
- mất
- chi phí thấp
- Máy móc
- thực hiện
- duy trì
- làm cho
- Làm
- sản xuất
- nhiều
- đánh dấu
- Thánh Lễ
- nguyên vật liệu
- chất
- tối đa
- Có thể..
- Trong khi đó
- đo
- cơ khí
- cơ khí
- Gặp gỡ
- siêu vật liệu
- phương pháp
- Phương pháp luận
- phương pháp
- Michael
- Tên đệm
- hỗn hợp
- Trộn
- Modules
- phân tử
- chi tiết
- chuyển động
- phải
- tên
- Vật liệu nano
- Quang âm nano
- công nghệ nano
- cần thiết
- Mới
- những chân trời mới
- tiếp theo
- nfp
- Không
- xảy ra
- of
- on
- ONE
- có thể
- mở
- Tối ưu hóa
- or
- cơ quan
- Nền tảng khác
- vfoXNUMXfipXNUMXhfpiXNUMXufhpiXNUMXuf
- ra
- kết thúc
- riêng
- đóng gói
- Giấy
- mô hình
- thông số
- hạt
- Họa tiết
- hiệu suất
- cho phép
- giai đoạn
- hiện tượng
- PHP
- Vật lý
- cột
- trụ cột
- quan trọng
- nền tảng
- Nền tảng
- plato
- Thông tin dữ liệu Plato
- PlatoDữ liệu
- đặt ra
- vị trí
- khả năng
- tiềm năng
- mạnh mẽ
- Thực tế
- cần
- Chính xác
- Dự đoán
- In
- in ấn
- quá trình
- Quy trình
- xử lý
- Sản xuất
- Sản lượng
- thâm thúy
- lập trình
- Tiến độ
- bằng chứng
- bằng chứng về khái niệm
- tài sản
- Protein
- tạo mẫu
- cung cấp
- xuất bản
- công bố
- nhà xuất bản
- mục đích
- Đẩy
- Đẩy
- định lượng
- Quantum
- khác nhau,
- nhanh
- Giá
- hơn
- thế giới thực
- gần đây
- tưởng tượng lại
- sự phụ thuộc
- dựa
- vẫn còn
- đáng chú ý
- Báo cáo
- Báo cáo
- đại diện
- đại diện cho
- nghiên cứu
- nhà nghiên cứu
- cộng hưởng
- tương ứng
- kết quả
- kết quả
- ngay
- Tăng lên
- hoàng gia
- s
- khả năng mở rộng
- khả năng mở rộng
- Quy mô
- quy mô
- mở rộng quy mô
- Đề án
- khoa học
- các nhà khoa học
- Phần
- Ngành
- tìm kiếm
- SEM
- Loạt Sách
- phục vụ
- một số
- hình dạng
- Chia sẻ
- thay đổi
- giới thiệu
- hiển thị
- bên
- đáng kể
- Gói Bạc
- Đơn giản
- kể từ khi
- duy nhất
- kích thước
- kỹ năng
- nhỏ
- nhỏ hơn
- xã hội
- Xã hội
- giải pháp
- Giải pháp
- miền Nam
- Hàn Quốc
- chuyên nghành
- riêng
- tốc độ
- tốc độ
- Spotlight
- Tính ổn định
- xếp chồng
- tiêu chuẩn hóa
- Vẫn còn
- kích thích
- đơn giản
- lạ
- chiến lược
- Chiến lược
- mạnh mẽ
- cấu trúc
- cấu trúc
- cấu trúc
- Đấu tranh
- Học tập
- Thành công
- như vậy
- cung cấp
- Bề mặt
- đình chỉ
- hệ thống
- phù hợp
- Mục tiêu
- nhắm mục tiêu
- mục tiêu
- Nhiệm vụ
- nhóm
- kỹ thuật
- kỹ thuật
- Công nghệ
- Công nghệ
- Sự phát triển công nghệ
- thử nghiệm
- văn bản
- hơn
- việc này
- Sản phẩm
- Tương lai
- cung cấp their dịch
- lý thuyết
- Đó
- họ
- điều
- Suy nghĩ
- điều này
- những
- số ba
- Thông qua
- tip
- đến
- bộ công cụ
- công cụ
- truyền thống
- Chuyển đổi
- biến đổi
- khuynh hướng
- hai
- loại
- mở khóa
- Cập nhật
- URL
- sử dụng
- nhiều
- linh hoạt
- thẳng đứng
- theo chiều dọc
- cách
- we
- khi nào
- trong khi
- trắng
- rộng
- rộng hơn
- sẽ
- với
- ở trong
- không có
- viết
- viết
- nhưng
- mang lại
- bạn
- trên màn hình
- zephyrnet