3D打印登上最新Science!

一、【導讀】

在納米科技領域，多材料的3D納米制造一直是人們追求的目標。大多數3D納米制造技術依賴于光刻方法來創建具有納米級分辨率的復雜結構，其中光引發的化學反應（如光聚合和光還原）至關重要。盡管有許多嘗試，用于納米制造的材料選擇在很大程度上仍然局限于聚合物材料或金屬材料。在不損害現有結構復雜性、納米級特征尺寸和材料功能的情況下，為更廣泛的材料類別提供制造解決方案仍然是一個關鍵的挑戰。原則上，自下而上的過程應該普遍適用于制造任何材料的納米結構，然而，目前研究方法都沒有提供可推廣的解決方案。

二、【成果掠影】

近日，香港中文大學陳世祈教授、卡內基梅隆大學招泳欣教授受水凝膠通過其不同的相互作用捕獲各種材料的啟發，提出了一種利用包括金屬、金屬合金、二維材料、氧化物、金剛石、上轉換材料、半導體、聚合物、生物材料、分子晶體和油墨的材料庫來制造任意3D納米結構的策略。具體而言，通過飛秒光片圖案化的水凝膠用作模板，允許直接組裝材料以形成預設計的納米結構。通過微調曝光策略和圖案化凝膠的特征，實現了20-200 nm分辨率的2D和3D結構。研究人員以此制造了納米器件，包括加密光學存儲和微電極，以展示其設計的功能和精度。結果表明，本研究方法為不同類別材料的納米制造提供了系統的解決方案，并為復雜納米器件的設計提供了解決方案。相關研究成果以題為“Three-dimensional nanofabrication via ultrafast laser patterning and kinetically regulated material assembly”發表在知名期刊Science上。

三、【圖文導讀】

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圖一、納米制造的設置、過程和結果 ? 2022 AAAS

圖二、制造材料種類的展示 ? 2022 AAAS

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圖三、最小特征尺寸的納米結構 ? 2022 AAAS

圖四、光學衍射元件（DOEs）的制作及其在三維光存儲和加密中的應用 ? 2022 AAAS

四、【前景展望】

在傳統的納米科學中，將材料直接組裝成復雜的3D結構需要復雜的化學反應和定制的打印設置。本研究展示了動力學控制在操縱各種材料的組裝中的微妙使用。原則上，該方法可以很容易地擴展到其他水溶性或分散性材料，而無需進一步的化學設計。通過將該策略應用于其他高通量光學平臺或偏振優化，可以進一步擴展其應用范圍。憑借已證明的通量、分辨率和材料通用性，研究人員新制造平臺在創造新的功能性和生物相容性微器件、光學超材料和柔性電子產品方面提供了一種顛覆性解決方案，這些產品可能會影響光學、納米技術和生物技術領域。

文獻鏈接：Three-dimensional nanofabrication via ultrafast laser patterning and kinetically regulated material assembly (Science 2022, 378, 1325-1331)