韓國首爾國立大學：帶電氣溶膠噴射的3D納米打印

供稿人：蘇艷文，賀健康
供稿單位：西安交通大學機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室　

3D打?。ㄔ霾闹圃欤┘夹g為電子、光學、能源、機器人技術、生物工程和傳感等領域的制造過程提供了新方法。微觀尺度3D打印的微觀和納米結構特性使其應用成為可能。然而，材料的選擇（聚合物金屬混合物、流變油墨等）和最終結構的純度是現(xiàn)有3D納米金屬打印技術面臨的兩個重要難題。氣溶膠光刻技術以前曾被用于在預先圖形化的基底上組裝高純度的三維金屬納米結構陣列，但其幾何形狀有限。

為了解決以上難題，韓國首爾國立大學的研究人員開發(fā)了一種直接3D打印多種金屬材料納米結構陣列的技術，打印的結構具有靈活的幾何形狀和數(shù)百納米的特征尺寸小。在干燥的環(huán)境中打印，不需要聚合物或油墨。離子和帶電的氣溶膠粒子被定向到一個介電掩膜上，該掩膜包含一組漂浮在偏壓硅基板上的孔。離子在每個孔周圍聚集，產(chǎn)生靜電透鏡，將帶電的氣溶膠粒子聚焦成納米級射流。這些射流是由包含孔的掩膜下形成的聚合電場線引導的，這種掩膜的作用類似于傳統(tǒng)3D打印機的噴頭，可以將氣溶膠顆粒3D打印到硅基上。

圖1 3D打印納米柱的原理圖及表征。圖1a為3D納米打印裝置的原理圖，圖1b的SEM圖像(左圖)和EDS圖(右圖)是由鈀(紫色)、金(黃色)、銅(紅色)和銀(淺藍色)組成的納米柱，不同材料可以在單一打印過程中生成三維結構

圖2為3D打印等離子體超材料的納米顆粒結構陣列及其光學特性

在打印過程中通過移動接收基底，成功打印了各種3D結構，包括螺旋、懸垂納米柱、環(huán)和字母。此外，為了展示相關技術的潛在應用，我們打印了一組垂直開口諧振器結構。通過與其他3D打印方法的結合，該技術有望在納米制造方面取得重大進展。

參考文獻：
Jung, W.; Jung, Y.; Pikhitsa, P. V. et al. Three-dimensional nanoprinting via charged aerosol jets[J]. Nature 2021, 592, 54-59. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03353-1