3D打印登上最新Science!

一、【导读】

在纳米科技领域，多材料的3D纳米制造一直是人们追求的目标。大多数3D纳米制造技术依赖于光刻方法来创建具有纳米级分辨率的复杂结构，其中光引发的化学反应（如光聚合和光还原）至关重要。尽管有许多尝试，用于纳米制造的材料选择在很大程度上仍然局限于聚合物材料或金属材料。在不损害现有结构复杂性、纳米级特征尺寸和材料功能的情况下，为更广泛的材料类别提供制造解决方案仍然是一个关键的挑战。原则上，自下而上的过程应该普遍适用于制造任何材料的纳米结构，然而，目前研究方法都没有提供可推广的解决方案。

二、【成果掠影】

近日，香港中文大学陈世祈教授、卡内基梅隆大学招泳欣教授受水凝胶通过其不同的相互作用捕获各种材料的启发，提出了一种利用包括金属、金属合金、二维材料、氧化物、金刚石、上转换材料、半导体、聚合物、生物材料、分子晶体和油墨的材料库来制造任意3D纳米结构的策略。具体而言，通过飞秒光片图案化的水凝胶用作模板，允许直接组装材料以形成预设计的纳米结构。通过微调曝光策略和图案化凝胶的特征，实现了20-200 nm分辨率的2D和3D结构。研究人员以此制造了纳米器件，包括加密光学存储和微电极，以展示其设计的功能和精度。结果表明，本研究方法为不同类别材料的纳米制造提供了系统的解决方案，并为复杂纳米器件的设计提供了解决方案。相关研究成果以题为“Three-dimensional nanofabrication via ultrafast laser patterning and kinetically regulated material assembly”发表在知名期刊Science上。

三、【图文导读】

图一、纳米制造的设置、过程和结果 © 2022 AAAS

图二、制造材料种类的展示 © 2022 AAAS

图三、最小特征尺寸的纳米结构 © 2022 AAAS

图四、光学衍射元件（DOEs）的制作及其在三维光存储和加密中的应用 © 2022 AAAS

四、【前景展望】

在传统的纳米科学中，将材料直接组装成复杂的3D结构需要复杂的化学反应和定制的打印设置。本研究展示了动力学控制在操纵各种材料的组装中的微妙使用。原则上，该方法可以很容易地扩展到其他水溶性或分散性材料，而无需进一步的化学设计。通过将该策略应用于其他高通量光学平台或偏振优化，可以进一步扩展其应用范围。凭借已证明的通量、分辨率和材料通用性，研究人员新制造平台在创造新的功能性和生物相容性微器件、光学超材料和柔性电子产品方面提供了一种颠覆性解决方案，这些产品可能会影响光学、纳米技术和生物技术领域。

文献链接：Three-dimensional nanofabrication via ultrafast laser patterning and kinetically regulated material assembly (Science 2022, 378, 1325-1331)