Forbedret 3-D nanoprintteknik til at bygge nanoskyskrabere

Nanovægge, nanobroer, nano "jungle gyms":Det kunne virke som beskrivelsen af ​​en Lilliputian landsby, men disse er faktiske 3-D-printede komponenter med potentielle anvendelser inden for nanoelektronik, smarte materialer og biomedicinsk udstyr. Forskere ved Center for Soft and Living Matter (CSLM), inden for Institut for Grundvidenskab (IBS, Sydkorea) har forbedret en 3-D nanoprint-proces, der producerer selvstablede, høj, smalle nanostrukturer.

Som vist i deres seneste publikation i Nano bogstaver ("Nærfeltselektrospinning til tredimensionelle stablede nanoarkitekturer med høje billedformater"), holdet brugte også denne teknik til at producere gennemsigtige nanoelektroder med høj optisk transmission og kontrollerbar ledningsevne.

Near-field electrospinning (NFES) teknikken består af en sprøjte fyldt med en polymeropløsning suspenderet over en platform, som opsamler den udstødte nanofiber og er forprogrammeret til at bevæge sig til venstre og højre, frem og tilbage, afhængig af formen på det ønskede slutprodukt. Sprøjten og platformen har modsatte ladninger, så polymerstrålen, der kommer ud af nålen, tiltrækkes af platformen, danner en kontinuerlig fiber, der størkner på platformen.

Da de elektrospundne jetfly er svære at håndtere, denne teknik var begrænset til todimensionelle (2-D) strukturer eller hule cylindriske tredimensionelle (3-D) strukturer, ofte med relativt store fiberdiametre på få mikrometer.

IBS-forskere var i stand til at opnå bedre kontrol med nanofiberaflejringen på platformen ved at tilsætte en passende koncentration af natriumchlorid (NaCl) til polymeropløsningen. Dette sikrede den spontane justering af nanofiberlagene stablet oven på hinanden og danner vægge.

"Selvom det er meget anvendeligt på forskellige områder, det er svært at bygge stablede nanofibre med flere designs ved hjælp af de konventionelle elektrospinningsteknikker, " siger Yoon-Kyoung Cho, den tilsvarende forfatter til undersøgelsen. "Vores eksperiment viste, at salt gjorde tricket."

Fordelen ved salt er relateret til afgifterne. Forskellen i spænding mellem sprøjten og platformen skaber positive ladninger i polymeropløsningen og negative ladninger i platformen, men en positiv ladning forbliver i de størknede fibre på platformen. Holdet fandt ud af, at påføring af salt på polymeropløsningen forbedrer ladningsspredningen, hvilket fører til højere elektrostatisk tiltrækning mellem nanofiberstrålen og fibrene aflejret på platformen.

Baseret på denne mekanisme, holdet var i stand til at producere høje og smalle nanovægge med en minimumsbredde på omkring 92 nanometer og en maksimal højde på 6,6 mikrometer, og konstruere en række 3-D nanoarkitekturer, såsom buede nanovæg-arrays, nano "jungle -fitnesscentre, " og nanobroer med kontrollerbare dimensioner.

For at demonstrere den potentielle anvendelse af disse nanostrukturer, forskerne i samarbejde med Hyunhyub Ko, professor ved Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), forberedte 3-D nanoelektroder med sølvbelagte nanovægge indlejret i transparente og fleksible polydimethylsiloxan (PDMS) film. De bekræftede, at elektrisk modstand kunne indstilles med antallet af nanofiberlag (jo højere nanovægge, jo mindre modstand), uden at påvirke lystransmissionen.

"Interessant nok, denne metode kan potentielt undgå afvejningen mellem optisk transmittans og arkmodstand i transparente elektroder. Arrays af 3-D sølv nanotråde lavet med 20, 40, 60, 80, eller 100 lag nanofibre havde variabel ledningsevne, men stabil lystransmission på omkring 98 procent, " afslutter Yang-Seok Park, undersøgelsens første forfatter.