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《Science Advances》:3D打印纳米褶皱结构

《Science Advances》:3D打印纳米褶皱结构

  • 分类:行业动态
  • 发布时间:2023-08-11 15:46
  • 访问量:

【概要描述】

《Science Advances》:3D打印纳米褶皱结构

【概要描述】

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2022年8月10日,华中科技大学光电子学武汉国家实验室和光电子信息学院的研究人员在《Science Advances》上发表题为3D printing of nanowrinkled architectures via laser direct assembly的研究论文,报告了一种超快激光诱导组装方法,可以直接打印具有超高空间分辨率和任意三维结构能力的纳米褶皱结构,为多种复杂褶皱结构的构建提供了多功能平台。

 

原文链接:

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn9942

  研究简介  

自然界中的褶皱结构被广泛模仿以增强物体的表面功能,其中3D结构皱纹有望在机械,电气和生物过程中得到新兴应用。但个性化定制的三维纳米褶皱结构的制造仍是一个大挑战。本研究提出了一种自下而上的激光直接组装策略,在单材料一步工艺中制造多维纳米褶皱结构。
通过在三维纳米打印工艺中引入激光诱导的热跃迁来引导逐点纳米尺度的起皱以及起皱结构的自组织,研究人员展示了程序控制和按需制造多维纳米起皱结构。同时实现了对起皱形态的精确控制,以及通过界面应力失配工程对起皱细胞微观结构的动态转变进行调控。该研究为构建任意纳米褶皱结构提供了一种通用方案,展示了纳米结构制造的新范式。

  研究内容解读  

本研究报告了一种超快激光诱导组装方法,可以直接打印具有超高空间分辨率和任意三维结构能力的纳米褶皱结构。实现了褶皱结构的无模板3D打印制造。该技术的特点是将激光诱导的水凝胶热响应性与纳米打印过程结合在一起,从而实现纳米褶皱的自组织和多维结构。在整个起皱过程中,只需要对单个水凝胶前驱体材料进行飞秒激光直写(FsLDW)。这种自下而上的制造工艺展示了将皱纹图案构建成1D、2D和3D分层结构的灵活能力。
此外,该团队实现了褶皱图案形成的精确可控和可调性,并观察到三维褶皱微结构有趣的独特微观力学行为。通过引入结构应力失配,实现了蜂窝微结构从表面起皱到结构转变的动态调控。这种自下而上的激光诱导三维组装方法具有生物生长过程中自然形成褶皱结构的相似性和优点,为多种复杂褶皱结构的构建提供了多功能平台。

图1 纳米级起皱策略。

图2 皱纹结构的自组织。

图3 复杂纳米皱纹二维和三维微结构的打印。

图4 可调的皱纹形态和微力学性能。

图5 褶皱向变形和分层的转变。

  研究结论  

本研究通过无掩膜FsLDW工艺开发了一种使用热响应水凝胶前体的皱纹3D打印方法。利用激光诱导的热跃迁,研究人员通过水凝胶的纳米级起皱和拓扑起皱表面形态的自组织形成,展示了概念验证研究。利用FsLDW的优势,通过逐点组装可以轻松地制造出具有微尺度特征和纳米尺度纹理的任意1D/2D/3D皱褶结构。结果表明,在最佳起皱波长为40 nm的条件下,可以很好地产生起皱形态。通过控制工艺参数,可以按需制作和灵活调整各种褶皱结构,从而获得波长可控的纳米褶皱图案。

——END——

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