Forskare producerar 3-tryckta strukturer med inbyggda-nano-rynkor för avancerad ytkontroll
Wuhan, Kina - Ett forskarlag vid Huazhong University of Science and Technology har utvecklat en ny laser-baserad 3D-utskriftsmetod för att tillverka tre-dimensionella mikro-strukturer som bär nanoskaliga rynkmönster på sina ytor, vilket öppnar nya vägar för ytor med hög-funktion.
I studien rapporterar teamet om en "laserdirekt monteringsmetod" som använder en femtosekundlaser för att generera polymermikro-voxlar som spontant bildar nanrynkor på grund av spänningsfelmatchningar under fotopolymerisation.
Nyckelfunktioner i tekniken inkluderar:
A enda-material, en-process: Hela mikrostrukturen-inklusive dess rynkor-formas i ett enda laser-skrivpass, utan behov av separata mall- eller efter-rynkningssteg.
Hög rumslig upplösning och geometrisk frihet: Metoden möjliggör tillverkning av användar-designade arkitekturer i 3D med programmerade skrynkmönster (inklusive hierarkiska eller mönstrade rynkor) över ytorna.
Kontrollerad rynkvåglängd ner till tiotals nanometer: Författarna visar att rynkvåglängderna kan ställas in (under ~40 nm) genom att kontrollera laser- och materialparametrarna.
Bred tillämpbarhet: Eftersom rynkorna byggs in under utskrift, kan de resulterande arkitekturerna kombinera makro-formdesign och nanoskala ytstruktur i ett steg-lovande för tillämpningar inom optik, avkänning, mikro-fluidik och mekaniska enheter där ytarea, ljus-beteende spelar roll interaktion eller vätningsbeteende.
Forskargruppen demonstrerade förmågan genom att skriva ut mikro-tegelstenar, rutnät och till och med konstnärliga former (till exempel ett mikro-emblem från universitetet) täckta med nanrynkor, vilket bevisar både den strukturella komplexiteten och kontrollen av ytstrukturen.
Enligt författarna ligger den största innovationen i att kombinera den additiva tillverkningen av mikro-arkitekturer med in-nanostrukturering- på ett effektivt sätt sammanslagning av 3D-utskrift med nanoskala mönster i en enhetlig process. Detta kan avsevärt förenkla tillverkningen av funktionella ytor, där normalt separata litografiska eller självrynkande steg skulle krävas.
Potentiella implikationer av arbetet inkluderar förbättrad prestanda hos mikroenheter (till exempel genom ökad yta eller förbättrad ljusspridning), ökad funktionalitet i mikro-robotar eller biomedicinska ställningar (där ytstruktur påverkar cellbeteende) och nya designfriheter i metamaterial eller fotoniska arkitekturer.
Författarna drar slutsatsen att deras strategi "tillhandahåller ett universellt protokoll för att konstruera nästan godtyckliga nanrynklade arkitekturer" och "underlättar ett nytt paradigm inom mikro/nano-additiv tillverkning".
