佐治亞理工學院的研究人員開發(fā)出了一種基于光的打印納米金屬結構的方法，該方法比目前可用的任何技術都更快、更便宜。這是一種可擴展的解決方案，可以改變長期依賴昂貴且緩慢的技術的科學領域。這一突破有可能將新技術帶出實驗室并推向世界。
許多領域的技術進步依賴于打印納米尺寸金屬結構的能力——納米尺寸比人類頭發(fā)寬度小數(shù)百倍。SourabhSaha(喬治W伍德拉夫機械工程學院助理教授)和JunghoChoi(喬治·W·伍德拉夫機械工程學院博士)Saha實驗室的學生開發(fā)了一種打印金屬納米結構的技術，該技術比目前的傳統(tǒng)方法快480倍，便宜35倍。
在納米尺度上打印金屬(一種稱為納米圖案的技術)可以創(chuàng)建具有有趣功能的獨特結構。它對于許多技術的發(fā)展至關重要，包括電子設備、太陽能轉換、傳感器和其他系統(tǒng)。
人們普遍認為納米級印刷需要高強度光源。但這種被稱為飛秒激光器的工具可能花費高達50萬美元，對于大多數(shù)研究實驗室和小型企業(yè)來說過于昂貴。
薩哈說：“作為一個科學界，我們沒有能力快速且經(jīng)濟地制造足夠的這些納米材料，這就是為什么有前途的技術往往僅限于實驗室，而無法轉化為現(xiàn)實世界的應用。”。
“我們想要回答的問題是，‘我們真的需要高強度飛秒激光來進行納米級打印嗎?’我們的假設是，我們不需要光源來獲得我們想要的打印類型。”
他們尋找一種低成本、低強度的光，可以以類似于飛秒激光器的方式聚焦，并選擇超輻射發(fā)光二極管(SLED)來實現(xiàn)商業(yè)可用性。SLED發(fā)出的光強度比飛秒激光器低十億倍。
Saha和Choi著手創(chuàng)建一種原創(chuàng)的投影式印刷技術，設計了一種將數(shù)字圖像轉換為光學圖像并將其顯示在玻璃表面上的系統(tǒng)。該系統(tǒng)的運行方式類似于數(shù)字投影儀，但產(chǎn)生的圖像更清晰。他們利用超輻射光的獨特特性來生成缺陷最少的清晰聚焦圖像。
然后，他們開發(fā)了一種由金屬鹽組成的透明墨水溶液，并添加其他化學物質以確保液體能夠吸收光。當投影系統(tǒng)發(fā)出的光照射到溶液上時，會引起化學反應，將鹽溶液轉化為金屬。金屬納米粒子粘附在玻璃表面，金屬粒子的團聚形成納米結構。由于它是一種投影式打印，因此可以一次性打印整個結構，而不是逐點打印，從而速度更快。
在測試該技術后，他們發(fā)現(xiàn)即使在低強度光下也可以進行投影式納米級打印，但前提是圖像清晰聚焦。Saha和Choi相信研究人員可以使用商用硬件輕松復制他們的工作。與昂貴的飛秒激光器不同，Saha和Choi在打印機中使用的SLED類型成本約為3,000美元。
“目前，只有頂尖大學才能獲得這些昂貴的技術，即使如此，它們也位于共享設施中，并且并不總是可用，”崔說。“我們希望使納米級3D打印的能力大眾化，我們希望我們的研究能夠為以低成本實現(xiàn)此類工藝打開大門。”
研究人員表示，他們的技術對于電子、光學和等離激元領域的工作人員特別有用，這些領域都需要各種復雜的金屬納米結構。
薩哈說：“我認為，在致力于微型結構的制造和制造的科學界中，成本和速度的指標被大大低估了。”
“在現(xiàn)實世界中，當將實驗室的發(fā)現(xiàn)轉化為工業(yè)時，這些指標非常重要。只有當我們擁有考慮到這些指標的制造技術時，我們才能夠充分利用納米技術來造福社會。”
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