清華大學(xué)《Science》：基于膠體納米晶體間光化學(xué)鍵合的無機(jī)納米材料3D打印
時間：2023-10-08 15:07 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
近日，清華大學(xué)化學(xué)系張昊副教授、李景虹院士和精儀系孫洪波教授、林琳涵副教授研究團(tuán)隊在無機(jī)材料的3D打印化學(xué)與技術(shù)方面取得了新突破。該研究基于納米晶體表面配體的非特異性光化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)和溶液中輸運過程，實現(xiàn)了普適于無機(jī)功能材料的納米級精度直接3D打印。
9月29日，該研究以“基于膠體納米晶體間光化學(xué)鍵合的無機(jī)納米材料3D打印”(3D printing of inorganic nanomaterials by photochemically bonding colloidal nanocrystals)為題發(fā)表在《科學(xué)》（Science）期刊上。清華大學(xué)化學(xué)系博士后李馥、清華大學(xué)精密儀器系2019級博士生劉少峰、清華大學(xué)化學(xué)系2021級博士生劉王宇為論文共同第一作者。清華大學(xué)化學(xué)系李景虹教授、張昊副教授，清華大學(xué)精密儀器系孫洪波教授、林琳涵副教授為論文共同通訊作者。清華大學(xué)航天航空學(xué)院李曉雁教授、清華大學(xué)材料學(xué)院李正操教授等合作者為工作作出了重要貢獻(xiàn)。
3D打印已成為一項革命性的技術(shù)并深入地影響了我們的生活。借助3D打印將各類不同的功能材料與豐富的3D結(jié)構(gòu)相結(jié)合，可以為構(gòu)建微納功能材料、光電集成器件、生物芯片等提供新的手段。但是，目前可用于3D打印的材料一般限于聚合物和部分金屬材料，處于電子和信息產(chǎn)業(yè)核心，具有優(yōu)越光、電、磁等性能的半導(dǎo)體等無機(jī)材料的直接3D打印則難于實現(xiàn)。其化學(xué)本質(zhì)在于，3D打印結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性來源于打印材料中原子或分子間的化學(xué)鍵。無機(jī)材料如半導(dǎo)體或金屬氧化物等難以在3D打印條件下成鍵，因此往往需要聚合物等作為模板，如此打印得到的混合物中無機(jī)物純度低，無法保持原有的材料特性。
針對這一問題，研究團(tuán)隊開發(fā)了無需聚合物模板的無機(jī)材料納米級精度3D打印新方法（簡稱為3D Pin）。該方法以膠體納米晶體溶液為相應(yīng)無機(jī)材料的原料“墨水”，設(shè)計了基于光生氮賓自由基的小分子交聯(lián)劑，利用飛秒激光引發(fā)納米晶體表面配體的光交聯(lián)反應(yīng)使納米晶體間形成穩(wěn)定的共價鍵連接，實現(xiàn)了普適性、高純度（無機(jī)組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于90%）、高精度（突破光學(xué)衍射極限，分辨率可達(dá)150納米）的無機(jī)材料3D打印。該方法將膠體納米化學(xué)設(shè)計與飛秒激光制造技術(shù)相結(jié)合。該研究工作開發(fā)了無機(jī)材料的新的3D打印化學(xué)方法，為拓寬3D打印材料庫并構(gòu)建基于無機(jī)材料的3D結(jié)構(gòu)與器件提供了新思路。
論文鏈接：
https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adg6681
9月29日，該研究以“基于膠體納米晶體間光化學(xué)鍵合的無機(jī)納米材料3D打印”(3D printing of inorganic nanomaterials by photochemically bonding colloidal nanocrystals)為題發(fā)表在《科學(xué)》（Science）期刊上。清華大學(xué)化學(xué)系博士后李馥、清華大學(xué)精密儀器系2019級博士生劉少峰、清華大學(xué)化學(xué)系2021級博士生劉王宇為論文共同第一作者。清華大學(xué)化學(xué)系李景虹教授、張昊副教授，清華大學(xué)精密儀器系孫洪波教授、林琳涵副教授為論文共同通訊作者。清華大學(xué)航天航空學(xué)院李曉雁教授、清華大學(xué)材料學(xué)院李正操教授等合作者為工作作出了重要貢獻(xiàn)。
3D打印已成為一項革命性的技術(shù)并深入地影響了我們的生活。借助3D打印將各類不同的功能材料與豐富的3D結(jié)構(gòu)相結(jié)合，可以為構(gòu)建微納功能材料、光電集成器件、生物芯片等提供新的手段。但是，目前可用于3D打印的材料一般限于聚合物和部分金屬材料，處于電子和信息產(chǎn)業(yè)核心，具有優(yōu)越光、電、磁等性能的半導(dǎo)體等無機(jī)材料的直接3D打印則難于實現(xiàn)。其化學(xué)本質(zhì)在于，3D打印結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性來源于打印材料中原子或分子間的化學(xué)鍵。無機(jī)材料如半導(dǎo)體或金屬氧化物等難以在3D打印條件下成鍵，因此往往需要聚合物等作為模板，如此打印得到的混合物中無機(jī)物純度低，無法保持原有的材料特性。
針對這一問題，研究團(tuán)隊開發(fā)了無需聚合物模板的無機(jī)材料納米級精度3D打印新方法（簡稱為3D Pin）。該方法以膠體納米晶體溶液為相應(yīng)無機(jī)材料的原料“墨水”，設(shè)計了基于光生氮賓自由基的小分子交聯(lián)劑，利用飛秒激光引發(fā)納米晶體表面配體的光交聯(lián)反應(yīng)使納米晶體間形成穩(wěn)定的共價鍵連接，實現(xiàn)了普適性、高純度（無機(jī)組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于90%）、高精度（突破光學(xué)衍射極限，分辨率可達(dá)150納米）的無機(jī)材料3D打印。該方法將膠體納米化學(xué)設(shè)計與飛秒激光制造技術(shù)相結(jié)合。該研究工作開發(fā)了無機(jī)材料的新的3D打印化學(xué)方法，為拓寬3D打印材料庫并構(gòu)建基于無機(jī)材料的3D結(jié)構(gòu)與器件提供了新思路。
論文鏈接：
https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adg6681
(責(zé)任編輯：admin)
相關(guān)內(nèi)容
浙大楊華勇院士團(tuán)隊：生物
營收32.29億元，3D打印粉
2025年又有5所高校開設(shè)3D
珠海這個廁所，竟是3D打印
從大阪到戛納：一雙中國3D
央視報道今奇玩具！3D打印最新內(nèi)容
忍痛5年，福州依
創(chuàng)想三維2023全球
上海交大谷國迎教
3D打印假體植入內(nèi)
FRI：降脂油包水
少年骨折后感染致熱點內(nèi)容
