Kirigami/origami:udfolder det nye regime med avanceret 3-D mikro-/nanofabrikation med foldning

3-D mikro-/nanofabrikation har nøglen til at bygge et stort udvalg af mikro-/nanoskala materialer, strukturer, enheder, og systemer med unikke egenskaber, der ikke manifesterer sig i deres 2-D plane modstykker. For nylig, videnskabsmænd har udforsket nogle meget forskellige 3-D-fremstillingsstrategier såsom kirigami og origami, der gør brug af videnskaben om at skære og folde 2-D-materialer/strukturer for at skabe alsidige 3-D-former. Sådanne nye metoder muliggør kontinuerlige og direkte 2-D-til-3-D-transformationer gennem foldning, bøjning og vridning, hvormed den besatte plads kan variere "ikke-lineært" med flere størrelsesordener sammenlignet med de konventionelle 3-D fabrikationer. Vigtigere, disse nye kirigami/origami-teknikker giver en ekstra grad af frihed til at skabe hidtil usete 3-D mikro-/nanogeometrier ud over det tænkelige design af konventionel subtraktiv og additiv fremstilling.

I et nyt blad udgivet i Lys:Videnskab og applikationer , Kinesiske videnskabsmænd fra Beijing Institute of Technology og South China University of Technology lavede en omfattende gennemgang af nogle af de seneste fremskridt inden for kirigami/origami i mikro-/nanoskala. Med det formål at udfolde dette nye regime med avanceret 3-D mikro-/nanofabrikation, de introducerede og diskuterede forskellige stimuli af kirigami/origami, inklusive kapillærkraft, resterende stress, mekanisk belastning, responskraft og fokuseret ion-stråle bestråling induceret stress, og deres arbejdsprincipper i mikro-/nanoskalaområdet. Den fokuserede ion-stråle baserede nano-kirigami, som et fremtrædende eksempel opfundet i 2018 af holdet, blev især fremhævet som en øjeblikkelig og direkte 2-D-til-3-D transformationsteknik. I denne metode, den fokuserede ionstråle blev brugt til at skære 2-D nanomønstrene som "knive/sakse" og gradvist "trække" nanomønstrene til komplekse 3D-former som "hænder". Ved at udnytte den topografistyrede stress i nanomønstrene, alsidige 3-D-formtransformationer, såsom opadgående bøjning, bøjning nedad, kompleks rotation og vridning af nanostrukturer blev præcist opnået.

Som diskuteret i denne anmeldelse, de hidtil usete mikro-/nanoskala geometrier skabt af kirigami/origami har medført omfattende potentialer for omformning af 2-D materialer, såvel som i biologiske, optisk, og rekonfigurerbare applikationer. I øvrigt, 3-D transformationer af nye 2-D materialer (såsom grafen, MoS2, MoS2, WSe2 og PtSe2), for eksempel, blev kort introduceret og de tilhørende nye elektriske og mekaniske egenskaber blev afdækket.

"Avanceret kirigami/origami giver en let tilgængelig tilgang til modulering af mekaniske, elektriske, magnetiske og optiske egenskaber af eksisterende materialer, med bemærkelsesværdig fleksibilitet, mangfoldighed, funktionalitet, almindelighed og rekonfigurerbarhed", de sagde. "Disse nøglefunktioner adskiller klart den lette kirigami/origami fra andre komplicerede 3-D nanofabrikationsteknikker, og gør denne nye paradigmeteknik unik og lovende til at løse mange vanskelige problemer i praktiske anvendelser af mikro/nano-enheder."

Desuden, de diskuterede de nuværende udfordringer inden for kirigami/origami-baseret 3-D mikro-/nanofabrikation, såsom de begrænsede strategier for stimuli og rekonfigurationer, og vanskelighederne med on-chip og storstilet integration. "Når disse udfordringer er imødekommet, og fordelene er fuldt ud overtaget, "de forestillede sig, "mikro-/nanoskala kirigami/origami vil i høj grad forny regimet for 3-D mikro-/nanofabrikation. Utilhørte fysiske egenskaber og omfattende funktionelle applikationer kan opnås i brede områder af optik, fysik, biologi, kemi og teknik. Disse nye konceptteknologier, med banebrydende prototyper, kunne levere nyttige løsninger til nye LIDAR/LADAR-systemer, rumlige lysmodulatorer med høj opløsning, integrerede optiske rekonfigurationer, ultra-følsomme biomedicinske sensorer, on-chip biomedicinsk diagnose og de nye nano-opto-elektromekaniske systemer."