收縮水凝膠擴展納米制造

美國卡內基梅隆大學和中國香港中文大學的研究人員開發了一種能利用各種材料創建超高分辨率、復雜3D納米結構的策略。研究成果近日發表在《科學》雜志上。

研究團隊此次開發的新技術，為微加工領域的長期挑戰找到新的解決方案：一種將可印刷納米設備的尺寸減小到幾十納米長、幾個原子厚的方法。他們的方案與傳統的被稱為膨脹顯微鏡的方式相反，他們在水凝膠中創建材料的3D圖案，并將其縮小以獲得納米級分辨率。

一般3D納米級打印機聚焦激光點以連續處理材料并需要很長時間才能完成設計，而研究人員開發的飛秒投影雙光子光刻技術，能改變激光脈沖的寬度以形成圖案化的光片，從而使包含數十萬個像素的整個圖像在不影響軸向分辨率的情況下立即打印。該方法比以前的納米打印技術快1000倍，并可能導致具有成本效益的大規模納米打印用于生物技術、光子學或納米設備。

研究人員引導飛秒雙光子激光修改水凝膠的網絡結構和孔徑，為水分散性材料創建邊界，然后將水凝膠浸入含有金屬、合金、金剛石、分子晶體、聚合物或鋼筆墨水等納米顆粒的水中。

納米材料被自動吸引到水凝膠中的印刷圖案上并完美組裝。隨著凝膠收縮和脫水，材料變得更加密集并相互連接。如果將打印的水凝膠放入銀納米顆粒溶液中，銀納米顆粒會沿著激光打印的圖案自組裝到凝膠中。隨著凝膠變干，它可收縮到原來大小的1/13，使銀密度足以形成納米銀線并導電。