韓國首爾國立大學(xué)：帶電氣溶膠噴射的3D納米打印

供稿人：蘇艷文，賀健康
供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室　

3D打印（增材制造）技術(shù)為電子、光學(xué)、能源、機(jī)器人技術(shù)、生物工程和傳感等領(lǐng)域的制造過程提供了新方法。微觀尺度3D打印的微觀和納米結(jié)構(gòu)特性使其應(yīng)用成為可能。然而，材料的選擇（聚合物金屬混合物、流變油墨等）和最終結(jié)構(gòu)的純度是現(xiàn)有3D納米金屬打印技術(shù)面臨的兩個(gè)重要難題。氣溶膠光刻技術(shù)以前曾被用于在預(yù)先圖形化的基底上組裝高純度的三維金屬納米結(jié)構(gòu)陣列，但其幾何形狀有限。

為了解決以上難題，韓國首爾國立大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種直接3D打印多種金屬材料納米結(jié)構(gòu)陣列的技術(shù)，打印的結(jié)構(gòu)具有靈活的幾何形狀和數(shù)百納米的特征尺寸小。在干燥的環(huán)境中打印，不需要聚合物或油墨。離子和帶電的氣溶膠粒子被定向到一個(gè)介電掩膜上，該掩膜包含一組漂浮在偏壓硅基板上的孔。離子在每個(gè)孔周圍聚集，產(chǎn)生靜電透鏡，將帶電的氣溶膠粒子聚焦成納米級(jí)射流。這些射流是由包含孔的掩膜下形成的聚合電場(chǎng)線引導(dǎo)的，這種掩膜的作用類似于傳統(tǒng)3D打印機(jī)的噴頭，可以將氣溶膠顆粒3D打印到硅基上。

圖1 3D打印納米柱的原理圖及表征。圖1a為3D納米打印裝置的原理圖，圖1b的SEM圖像(左圖)和EDS圖(右圖)是由鈀(紫色)、金(黃色)、銅(紅色)和銀(淺藍(lán)色)組成的納米柱，不同材料可以在單一打印過程中生成三維結(jié)構(gòu)

圖2為3D打印等離子體超材料的納米顆粒結(jié)構(gòu)陣列及其光學(xué)特性

在打印過程中通過移動(dòng)接收基底，成功打印了各種3D結(jié)構(gòu)，包括螺旋、懸垂納米柱、環(huán)和字母。此外，為了展示相關(guān)技術(shù)的潛在應(yīng)用，我們打印了一組垂直開口諧振器結(jié)構(gòu)。通過與其他3D打印方法的結(jié)合，該技術(shù)有望在納米制造方面取得重大進(jìn)展。

參考文獻(xiàn)：
Jung, W.; Jung, Y.; Pikhitsa, P. V. et al. Three-dimensional nanoprinting via charged aerosol jets[J]. Nature 2021, 592, 54-59. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03353-1