Wetenschappers produceren 3-D-geprinte structuren met ingebouwde-nanorimpels voor geavanceerde oppervlaktecontrole
Wuhan, China - Een onderzoeksteam van de Huazhong Universiteit voor Wetenschap en Technologie heeft een nieuwe, op laser-gebaseerde 3D-printaanpak ontwikkeld om drie-micro-structuren te vervaardigen die rimpelpatronen op nanoschaal op hun oppervlak dragen, waardoor nieuwe wegen worden geopend voor oppervlakken met een hoge-functionaliteit.
In het onderzoek rapporteert het team een 'laser directe assemblage'-methode waarbij gebruik wordt gemaakt van een femtoseconde-laser om polymere micro-voxels te genereren die spontaan nanorimpels vormen als gevolg van spanningsmismatches tijdens fotopolymerisatie.
De belangrijkste kenmerken van de technologie zijn onder meer:
A enkel-materiaal, één-stapsproces: De hele microstructuur-inclusief de rimpels-wordt gevormd in een enkele laser-schrijfgang, zonder de noodzaak van afzonderlijke sjabloon- of post-rimpelstappen.
Hoge ruimtelijke resolutie en geometrische vrijheid: de methode maakt de vervaardiging van door de gebruiker-ontworpen architecturen in 3D mogelijk met geprogrammeerde rimpelpatronen (inclusief hiërarchische of patroonvormige rimpels) over de oppervlakken.
Gecontroleerde rimpelgolflengte tot tientallen nanometers: De auteurs laten zien dat de rimpelgolflengten kunnen worden afgestemd (onder ~40 nm) door de laser- en materiaalparameters te regelen.
Brede toepasbaarheid: omdat de rimpels tijdens het afdrukken worden ingebouwd, kunnen de resulterende architecturen macro{0}}vormontwerp en oppervlaktetextuur op nanoschaal in één stap combineren-veelbelovend voor toepassingen in optica, detectie, micro-fluïdica en mechanische apparaten waarbij oppervlakte, licht-materie-interactie of bevochtigingsgedrag van belang zijn.
Het onderzoeksteam demonstreerde deze mogelijkheid door micro-stenen, rastermatrices en zelfs artistieke vormen (bijvoorbeeld een embleem van de universiteit op micro-schaal) af te drukken, bedekt met nanorimpels, wat zowel de structurele complexiteit als de controle van de oppervlaktetextuur aantoont.
Volgens de auteurs ligt de belangrijkste innovatie in het combineren van de additieve fabricage van micro-architecturen met in-nanostructurering in situ-waardoor 3D-printen effectief wordt gecombineerd met patronen op nanoschaal in een uniform proces. Dit zou de vervaardiging van functionele oppervlakken aanzienlijk kunnen vereenvoudigen, waar normaal gesproken afzonderlijke lithografische of zelfrimpelende stappen nodig zouden zijn.
Mogelijke implicaties van het werk zijn onder meer verbeterde prestaties van microdevices (bijvoorbeeld door een groter oppervlak of verbeterde lichtverstrooiing), verhoogde functionaliteit in micro-robotica of biomedische scaffolds (waar oppervlaktetextuur het celgedrag beïnvloedt) en nieuwe ontwerpvrijheden in metamaterialen of fotonische architecturen.
De auteurs concluderen dat hun strategie "een universeel protocol biedt voor het construeren van bijna willekeurige nano-gebaseerde architecturen" en "een nieuw paradigma in micro-/nano-additieve productie mogelijk maakt".
