韩国科学家开发出纳米级3D打印笔

【编者按】韩国的一群科学家开发出了一种新型的3D打印笔，这种打印笔的科技含量就高得多啦，它可以实现纳米级的3D打印！

自从世界上首支3D打印笔3Doodler上市到现在也有一年的时间了，不过大部分人还只是拿它做一个有趣的工具玩玩而已，因为它所能发挥的作用比起一般的3D打印机而言其实还是有限。不过近日，韩国的一群科学家开发出了一种新型的3D打印笔，这种打印笔的科技含量就高得多啦，它可以实现纳米级的3D打印！

来自韩国高丽大学的SeongpilHwang以及他领导的研究团队制造出了这款令人印象深刻的新设备。

“据我们所知，我们的水凝胶3D打印笔是一种首创。”Hwang介绍这台设备时说。“不过，我们还是受到三种技术的启发：美国西北大学ChadMikin开发的蘸笔光刻(dip-penlithography)技术；英国Warwick大学PatrickUnwin开发的纳米吸量管(nanopipettes)；以及美国哈佛大学JenniferLewis开发的微喷嘴(micro-nozzels)技术。”

虽然严格来说，这并不算第一款3D打印笔，但它肯定是第一个在纳米尺度工作的类似设备。这款笔的尖端有一个微观的水凝胶金字塔，其最尖端被浸泡在电化学反应驱动的电解液里。据天工社了解，它的工作原理是水凝胶的尖端和超微电极之间形成一个纳米级的接触面。有一个纳米定位系统来确保这款3D打印笔在应用时的精度，并以规范在进行电镀时的法拉第吸附反应。

这种纳米级的3D打印笔可以创建尺寸小于100纳米的3D结构。Hwang和他的团队在测试时用这台设备成功地将十分细微的铂金沉积到了黄金电极上。

Hwang在论文中称，这款3D打印笔可以作为纳米空间电化学反应的一种有用的工具：“我们的水凝胶笔可以在局部的电化学反应中作为纳米吸量管(nanopipettes)的一种独特的替代品。它很便宜，而且分辨率很高。水凝胶笔其实是一个微观的水凝胶金字塔，其尖锐的顶部被限制在纳米尺度区域内，并含有电解质以用于电化学反应。水凝胶笔尖和一个宏观电极表面之间的接触产生了纳米尺度的电化学反应区域。因此我们将此笔称为“电化学反应水凝胶笔”(HYPER)。”

通过这种电沉积的方法，科学家们能够以更便宜、环保、可靠的手段创建3D薄膜。传统的电沉积技术只能创造相当与一维的纳米线，但通过使用这种水凝胶笔技术，生成三维的纳米几何体指日可待。此外，水凝胶笔是常用的玻璃纳米吸量管的很好替代品，因为水凝胶笔的制造要比玻璃纳米吸量管稍微简单点，而且能够生成高精度的几何形状。

来自世界各地的材料科学家对于这一新技术的应用潜力都很有兴趣。其中就包括牛津大学的HarishBhaskaran博士，他说：“3D增材纳米制造是关于纳米级元件快速原型的下一个前沿技术。”Bhaskaran并没有参与开发这个水凝胶笔，他继续说道：“在这个尺度上还有许多的挑战，比如控制功能、这些笔的长期可靠性等，都将影响到这个产品在未来发挥的作用。然而，这是重要的第一步，相当有趣，因为该技术是可扩展的。”

水凝胶笔是借助于其顶端的金字塔形状生成稳态电流，并形成比当前能够达到的水平小得多的尺度。参与的科研团队在其研究的最终形成了几个结论：“这是首次用水凝胶笔在纳米尺度上探索电化学过程和生成3D金属结构。电化学反应水凝胶笔(HYPER)在简单、电极尺寸、可再现性和成本等方面与以前的方法相比均有显著的优势。与HYPER相关的理论表明其电化学行为类似于一个典型的超微电极。我们已经展示，可以使用HYPER通过电沉积来实现纳米级的3D打印。局部电化学的HYPER研究将为电化学、纳米科学、3D打印和SPM带来新的机遇。”

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