12. tammikuuta 2021
Tulostettava nanokomposiitti voittaa metaleenien valmistusrajoitukset
(
Nanowerk Spotlight
) Metaleenit ovat ultraohuita, tasaisia pintoja, jotka käyttävät nanorakenteita valon tarkentamiseen. Ne ovat herättäneet valtavasti huomiota, koska ne voivat voittaa perinteisten tilaa vievien, kaarevien ja raskaiden taitettavien optisten linssien rajoitukset ja ne ovat valmiita mullistamaan kaiken mikroskoopista kameroihin, antureihin ja näyttöihin.
Näistä eduista huolimatta näiden litteiden optiikan massatuotanto – esimerkiksi aaltotason laitteille – ei ole vieläkään mahdollista, koska elektronisuihkulitografia, jota on yleisesti käytetty metalleenien valmistukseen, on alhainen ja kallis.
Tarvitaan tulostettavia ja korkean taitekertoimen materiaaleja korkeatehoisten metallien massatuotantoon, mukaan lukien yleiset
metapinnat
. Toistaiseksi ei kuitenkaan ole ollut näitä vaatimuksia täyttävää materiaalia.
Korealaiset tutkijat ovat nyt kehittäneet tehokkaan, skaalautuvan nanokomposiittitulostusmenetelmän metallien valmistukseen alhaisin kustannuksin, mikä mahdollistaa niiden kaupallistamisen.
Tiimi on julkaissut havaintonsa vuonna
ACS Nano
(
"Tulostettavat nanokomposiittimetallit korkeakontrastiseen lähi-infrapunakuvaukseen"
).
Perinteisen ja metaleenin vertailu. (Kuva: Rho Research Lab, POSTECH)
Aiemmassa tutkimuksessa titaanidioksidi (TiO
2
) tai galliumnitridiä (GaN) on käytetty sopivina materiaaleina tehokkaisiin metapintoihin. Näiden materiaalien valmistus – kerrostaminen ja syövytys – on kuitenkin erittäin haastavaa ja liian kallista kaupallistamiseen.
"Päinvastoin", kuten prof.
Junsuk Rho
Pohang University of Science & Teknologia (POSTECH), joka johti tätä työtä, selittää Nanowerkille: "Nanokomposiittimateriaalimme, joka soveltuu myös erittäin tehokkaille metapinnoille, voidaan muovata metallilevyiksi vain yhdellä painatusvaiheella ilman toissijaisia toimenpiteitä, kuten ohutkalvopinnoitusta. tai plasmaetsaus."
Tutkijat syntetisoivat nanokomposiittinsa dispergoimalla piin nanopartikkeleita UV-kovettuvan hartsin matriisiin saavuttaakseen korkean taitekertoimen, joka lisää metaleenien tehokkuutta. Painomuotti on uudelleenkäytettävä, joten suuret metallilevyt voidaan tulostaa nopeasti ja toistuvasti.
Kaavio yksivaiheisesta metallien tulostusprosessista. (Mukautettu ja painettu uudelleen American Chemical Societyn luvalla) (klikkaa kuvaa suurentaaksesi)
Valmistettujen metallien fokusointiteho on 47 % aallonpituudella λ = 940 nm, ja tiimin mukaan tehokkuutta voidaan parantaa entisestään optimoimalla piinanokomposiitin koostumusta.
Vaikka piinanohiukkasia on käytetty tämän nanokomposiitin avainelementtinä, tiimi huomauttaa, että edelleen on olemassa monenlaisia nanopartikkeleita – kuten kvanttipisteitä ja ylöspäin muuntuvia nanopartikkeleita – joita voitaisiin mahdollisesti käyttää niiden sijasta.
"Näiden toiminnallisten nanopartikkelien vaikutuksia metapintoihin ei ole vielä selvitetty, ja uskomme, että on mahdollista löytää uusia kvanttinanofotonisia ilmiöitä tai kehittää uusia nanofotonisia laitteita, kuten nanolasereita", Rho sanoo.
Hän huomauttaa, että hänen tiiminsä osoittamaa nanokomposiittitulostusprosessia voidaan soveltaa metallien lisäksi myös yleisiin metapintoihin, kuten metahologrammeihin, värisuodattimiin, täydellisiin absorboijiin ja optisiin peitteisiin.
Kuva painetusta halkaisijaltaan 4 mm:n metallista, joka on asennettu halkaisijaltaan 1 tuuman linssiputkeen. Vihreä ympyrä on metallit. Upote näyttää SEM-kuvan piin nanokomposiittirakenteista, jotka muodostavat metaleenit (tutkijat valmistivat nanopilareja, joiden halkaisija vaihtelee välillä 260-650 nm). (Kuva: Rho Research Group, POSTECH)
Soveltamalla nanokomposiittitulostustekniikkaansa tutkijat esittelevät lähi-infrapuna (NIR) metallien, jolla voi olla sovelluksia LiDAR-antureissa (vastaanottimissa), IR-kameroissa, CCTV:ssä, yönäkölaitteissa ja biometrisissa laitteissa, kuten suontentunnistuksessa.
Tällä tulostusmenetelmällä voidaan myös toteuttaa näkyviä metallikalvoja, ja mahdollisia sovelluksia tällä alueella ovat ultraohuet optiset kameramoduulit (älypuhelimet), kompaktit DSLR-kameralinssit ja monet muut optiset laitteet, joissa käytetään perinteisiä optisia linssejä.
"Erilaisia optisia poikkeavuuksia, kuten pallopoikkeamaa, kromaattista aberraatiota ja koomaa, on yritetty korjata useasti käyttämällä vain yhtä metallia", Rho sanoo. "Jotkut ennakkotyöt ovat osoittaneet lupaavia mahdollisuuksia, mutta suunnittelustrategia ei ole ollut täydellinen. Siksi meidän on kehitettävä uusia suunnitteluperiaatteita tällaisille poikkeamattomille metalleille."
"Tämän alan tulevan tutkimuksen suurin haaste on se, että metapintojen numeerinen simulointi on erittäin aikaa vievää", hän päättää. "Siksi meidän on kehitettävä uusia lähestymistapoja metapintojen suunnitteluun; syväoppiminen voi olla lupaava ehdokas tähän tarkoitukseen."
Tekijä
Michael
Berger
–
Michael on kirjoittanut kolme Royal Society of Chemistryn kirjaa:
Nanoyhteiskunta: teknologian rajojen työntäminen
,
Nanoteknologia: tulevaisuus on pieni
ja
Nanotekniikka: taidot ja työkalut, jotka tekevät teknologiasta näkymätön
Tekijänoikeus ©
Nanowerk
Nanowerkin uutiskirje
Tilaa Nanotechnology Spotlight -päivitykset postilaatikkoosi!
Tilaa
Ladataan...
Kiitos!
Olet onnistuneesti liittynyt tilaajaluetteloomme.
Ryhdy Spotlightin vieraskirjailijaksi!
Liity suureen ja kasvavaan joukkoomme
vierailevat avustajat
. Oletko juuri julkaissut tieteellisen artikkelin tai haluatko jakaa nanoteknologiayhteisön kanssa muuta jännittävää kehitystä?
Näin voit julkaista nanowerk.comissa
.
Nämä artikkelit saattavat myös kiinnostaa sinua: