https://www.science.org/doi/epdf/10.1126/science.abo6997
文章简介
研究背景
双光子(或多光子)光刻可以实现具有几乎任意几何形状的聚合物纳米结构。双光子电阻通常使用吸收光子的光引发剂形成引发聚合的活性物质(如自由基)。高性能双光子启动器可以大大提高打印速度和分辨率。目前，几乎所有的双光子引发剂都是有机分子，不增强最终印刷产品的性能和结构复杂性。此外，每种有机光引发剂通常只对单一类型的单体有效。复合纳米结构可以通过在现有的双光子电阻中添加金属离子或无机粒子来打印。该策略对于简单的纳米结构(如纳米线、二维图案)是可行的，但对于复杂的机械纳米晶格无效，因为当存在小的结构缺陷时，其性能会受到影响。不可控的金属离子还原和粒子生长导致结构缺陷和特征质量降低，聚集的粒子会干扰光的传播。复合纳米晶格也可以通过在打印的聚合物支架上沉积无机层来制作。这种方法的结果令人印象深刻的机械性能，但需要一个耗时的，多步骤的制造过程，并限于核-壳结构。
研究内容解读
这项工作开发了基于金属纳米簇的光阻剂，用于制造纳米簇-聚合物纳米晶格，以及具有前所未有结构复杂性的纳米多孔玻璃碳和蛋白质结构。本文展示了纳米团簇是通用和高效的双光子激活剂，适用于不同类别的单体。纳米簇-聚合物纳米晶格表现出应变硬化行为，这导致了高比能吸收，比强度，变形和可恢复性的结合。通过将现有的金属纳米团簇与不同类型的单体结合，以及合理设计的三维拓扑结构，直接打印附加的机械超材料是一个很好的机会。
图1 纳米团簇光刻胶的光化学和可印刷性。(A)光刻胶组成和印刷设置。(B)不同种类单体在双光子光刻过程中的光聚合示意图。纳米簇(Ag2gPt)的原子结构。(C)纳米团簇光引发剂(左)与典型有机光引发剂(右)的光化学比较。左图显示了Ag28Pt的激发态Born-Oppenheimer分子动力学模拟纳米簇的快照，显示不同的碎片路径(橙色阴影和灰色箭头)。右插图显示一个典型的有机光引发剂和(D) AggPt和Auzs光阻剂的制备窗口(激光功率和扫描速度)。(E)使用Ag2gPt光刻胶制作的开式台面。(F和G)八隅体格和(H和I)用Auzs光刻胶制作的Schwarz原基(SP)晶格。
图2纳米团簇-聚合物纳米晶格的力学行为。(A)循环荷载作用下矿柱的工程应力应变曲线。插图显示压缩前柱的扫描电镜图像。(B)工程应力-工程应变曲线和(C)蜂窝晶格的扫描电镜图像。(D)八隅体晶格的工程应力-工程应变曲线。(E到G)八隅体晶格的原位扫描电镜压缩。(H) SP晶格的工程应力工程应变曲线。(I to K) SP晶格的原位扫描电镜压缩。
图3机械性能比较。(A)能量吸收与密度的关系，(B)比抗压强度与抗压应变的关系，以及(C)与其他微纳米晶格(即聚合物晶格上的无机涂层)相比，纳米簇聚合物纳米晶格和柱的抗压应力与回收率的关系。
图4玻璃碳和丝蛋白的分级、可调和各向异性纳米孔结构。(A)支架上的纳米多孔立方体。(B)顶面放大图。(C)纳米多孔立方体截面图像。(D)纳米多孔壳实型岩心柱。(E)纳米多孔柱。(F和G)纳米多孔八隅体晶格。(H ~ J)不同长度尺度的丝素蜂窝状结构。
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