更精准也更快速金属纳米结构乘上了光打印快车

2024年01月22日 11:12:25来源：化工仪器网点击：5684

　　【化工仪器网行业百态】金属纳米结构材料泛指基本结构特征尺度在纳米量级(小于100纳米)的单相或多相金属材料，由于结构特征尺寸非常细小、界面密度非常高，因此与传统金属材料相比，这类材料有着截然不同的物理性能与化学特性。也正因为存在特殊的特性，因此这类材料一经问世就受到了广泛关注，其中不少更是作为核心材料被应用到了电子设备、太阳能设备、传感器等产品中，直接或间接的影响了电子信息、能源等产业的发展。

　　但与此同时，构建金属纳米结构材料的方式却又十分复杂。一方面，金属在加工的过程中会面临强度和塑性之间的矛盾，简单的说就是此消彼长。因此在传统工艺中，往往会根据实际使用需求来调整材料的特性。而到了金属纳米结构材料上，反应出来的就是数倍于传统粗晶材料的强度以及因此出现的塑性降低情况。塑性降低也意味着金属加工难度的增加以及一些特殊用途的缺失。另一方面便是纳米级加工本身的难点。简单的说就是高精度要求下对于加工设备的高要求。

　　针对这两个问题，前者在近几年得到了突破，国内外科学家均对强度和塑性之间矛盾出现的原因进行了细致研究，并在研究中逐渐寻找到了解决的方法，例如此前西北工业大学团队就曾围绕固态相变和晶粒长大的共生现象，提出了引入非均质结构实现纳米晶材料高强高塑的思路。

　　而后者的解决途径其实更简单——飞秒激光。飞秒激光的高能脉冲直接作用于材料，实现三维的、深纳米尺度分辨率和任意结构设计的无掩模板加工。这一特点使其可以胜任金属纳米结构的加工工作。概括来说就是兼顾高精度、高度设计性和高度功能化的优势。但是这种技术有一个比较严重的商业化难题——成本。飞秒激光工具价格高达50万美元，高昂的成本甚至实验室和企业都望而却步，也因此使其成为了局限金属纳米结构材料发展的核心问题之一。

　　而就在最近，一项新的研究似乎给出了一种不同于飞秒激光的全新思路或许能带来改变，同样是用光，新技术更快且局限性更小。

　　美国佐治亚理工学院研究人员开发出一种基于光的打印金属纳米结构的方法。这种方法的特点就是更快、更便宜，理论上可以以1/35的成本，耗费1/480的时间，完成原本的加工工作。

　　据悉，研究团队使用超辐射发光二极管(SLED)代替了飞秒激光器。尽管这种光源光强度仅仅只有飞秒激光器的十亿分之一，但是成本却非常低廉。而为了保证SLED能够完成高精度打印的工作，研究人员设计了一种将数字图像转换为光学图像在玻璃表面显示的系统，并开发了一种由金属盐组成的透明墨水溶液，并添加了其他化学物质，以确保液体能够吸收光线。

　　新系统可以利用超辐射光线的独特性质聚焦清晰的图像，而特殊溶剂则可以与投影系统发出的光线产生“互动”，在受到照射后发生化学反应，将盐溶液转化为金属。这个过程中，金属纳米颗粒能够附着在玻璃表面，颗粒的团聚形成了纳米结构。

　　目前这项技术的优点主要有两个，一个是前文提过的低廉的成本，另一个就是投影式打印可以一次打印整个结构的优势，或者更直接地说就是优秀的打印速度。但是同时也存在一个问题——聚焦，在开始工作前必须保证图像是清晰聚焦的。

　　尽管我们目前无法证明新技术的实用价值，但是它确实提供了一种不同于传统光打印的思路。乘上了光打印的快车，金属纳米结构或许在未来能够收获一种又快又便宜又便利的加工思路，至少现在各个研究场所已经开始尝试了。

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