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          使用激光器快速制造納米級幾何網格

          時間:2021-06-21 19:52:17 來源:

          功能納米材料的中心協作者(左右)Atikur Ra??hman,Kevin Yager和Pawel Majewski檢查了精確的定制設計的納米鏡網。

          利用Brookhaven實驗室的科學家開發的新技術,可以快速創建具有完全可定制的形狀和組合物的多層自組裝的納米鏡網。

          在納米尺度下,物體跨越億米的物品,材料的尺寸和形狀通常可以具有令人驚訝和強大的電子和光學效果。建立保留納米尺度特征的更大材料是一種持續的挑戰,可以塑造無數的新興技術。

          現在,美國能源部的科學家布魯克海汶國家實驗室已經開發出一種新的技術,可以快速創造具有前所未有的多功能性功能材料的納米結構材料。

          “我們可以在幾乎任何幾何配置中制造由不同材料組成的多層網格,”研究共同奉獻和布魯克霍夫努實驗室科學家Kevin Yager。“通過快速獨立地控制納米級結構和組成,我們可以根據這些材料量身定制。至關重要,該過程可以很容易地適應大型應用。“

          結果 - 在線發布于6月23日在Junice Nature Communications中,可以改變抗反射表面,改進的太陽能電池和觸摸屏電子的高科技涂料的制造。

          掃描電子顯微鏡圖像的自組裝鉑晶格,假著呈現虛假彩色,顯示雙層結構。納米級電網的每個內部平方每側只有34納米。

          科學家們在Brookhaven Lab的功能上綜合了功能性納米材料(CFN)的材料,并在國家同步射源CFN和X射線散射時使用電子顯微鏡的納米級架構 - 科學用戶設施的DOE辦公室。

          該新技術依賴于聚合物自組裝,其中分子設計成自發地組裝成所需的結構。自組裝需要突發的熱量來使分子彈成適當的配置。在這里,在樣品中掃過的強烈熱激光,以在幾秒鐘內將無序的聚合物塊變換成精確的布置。

          “自組裝的結構傾向于自動遵循分子偏好,使定制架構具有挑戰性,”布魯克海汶的博士后研究員畢業家Pawel Majewski表示。“我們的激光技術迫使材料以特定的方式組裝。然后,我們可以構建逐層結構,構建由正方形,菱形,三角形和其他形狀組成的格子。“

          激光組裝納米線

          對于網格結構的第一步,該團隊利用了其最近的激光區退火(LZA)的發明,以生產推動超快速自組裝所需的極其局部的熱峰值。

          為了進一步利用LZA的功率和精度,研究人員在未組裝的聚合物膜的頂部施加了熱敏彈性涂層。掃地激光的熱量導致彈性層相反地展開類似的收縮包裝 - 這拉動并對準快速形成的納米級氣缸。

          掃描三層鉑網的電子顯微鏡圖像。彩色插圖顯示了納米級柵格的每個不同層。

          “最終結果是,在不到一秒鐘,我們可以創造高度對齊的納米圓柱批次,”研究共同查爾斯黑色,在CFN領導電子納米材料組。“這個命令持續在宏觀區域,并且難以實現任何其他方法。”

          為了使這些二維網格官能,科學家們將聚合物基礎轉化為其他材料。

          涉及采用納米缸層并將其浸入含金屬鹽的溶液中的一種方法。然后將這些分子粘在自組裝聚合物上,將其轉化為金屬網。可以使用各種反應性或導電金屬,包括鉑,金和鈀。

          它們還使用稱為氣相沉積的技術,其中蒸發的材料滲透聚合物納米圓柱體并將它們轉變成功能納米線。

          逐層晶格

          第一個完成的納米線陣列充當完整格子的基礎。額外的層,然后堆疊在相同的過程的變化之后的每個層,以產生定制的,條紋配置的鏈接圍欄比人類的頭發更薄10,000倍。

          實驗的例證顯示掃掠的激光誘導強烈的熱量,既加速了聚合物自組裝,精確地對準形成最終電網的基礎的納米圓柱體。

          “在每個未組裝的層上掃過的激光方向決定了納米線行的方向,”Yager說。“我們將激光方向轉移到每個層上,以及行交叉和重疊的方式形狀網格。然后我們在每層形成后施加功能材料。這是一種非常快速而簡單的方法來生產這種精確的配置。“

          研究Coauthor Rahman,CFN博士后研究員,“我們也可以在絕緣體上堆疊金屬,嵌入一個晶格結構內的不同功能性質和相互作用。

          “網格的尺寸和組成產生了巨大的差異,”拉赫曼繼續。“例如,單層鉑納米線僅在一個方向上傳導電,但是在所有方向上均勻地均勻地傳導兩層網格。”

          LZA精確且足夠強大以克服界面相互作用,甚至可以在復雜的下層頂部驅動聚合物自組裝。這種多功能性使得能夠在不同的納米級配置中使用各種各樣的材料。

          “我們可以產生幾乎任何二維格形狀,因此在制造多組分納米結構方面具有很多自由度,”Yager說。“這很難預測所有技術都會允許的所有技術。”

          圖片:布魯克黑文國家實驗室


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