使用激光器快速制造纳米级几何网格

功能纳米材料的中心协作者（左右）Atikur Ra​​hman，Kevin Yager和Pawel Majewski检查了精确的定制设计的纳米镜网。

利用Brookhaven实验室的科学家开发的新技术，可以快速创建具有完全可定制的形状和组合物的多层自组装的纳米镜网。

在纳米尺度下，物体跨越亿米的物品，材料的尺寸和形状通常可以具有令人惊讶和强大的电子和光学效果。建立保留纳米尺度特征的更大材料是一种持续的挑战，可以塑造无数的新兴技术。

现在，美国能源部的科学家布鲁克海汶国家实验室已经开发出一种新的技术，可以快速创造具有前所未有的多功能性功能材料的纳米结构材料。

“我们可以在几乎任何几何配置中制造由不同材料组成的多层网格，”研究共同奉献和布鲁克霍夫努实验室科学家Kevin Yager。“通过快速独立地控制纳米级结构和组成，我们可以根据这些材料量身定制。至关重要，该过程可以很容易地适应大型应用。“

结果 - 在线发布于6月23日在Junice Nature Communications中，可以改变抗反射表面，改进的太阳能电池和触摸屏电子的高科技涂料的制造。

扫描电子显微镜图像的自组装铂晶格，假着呈现虚假彩色，显示双层结构。纳米级电网的每个内部平方每侧只有34纳米。

科学家们在Brookhaven Lab的功能上综合了功能性纳米材料（CFN）的材料，并在国家同步射源CFN和X射线散射时使用电子显微镜的纳米级架构 - 科学用户设施的DOE办公室。

该新技术依赖于聚合物自组装，其中分子设计成自发地组装成所需的结构。自组装需要突发的热量来使分子弹成适当的配置。在这里，在样品中扫过的强烈热激光，以在几秒钟内将无序的聚合物块变换成精确的布置。

“自组装的结构倾向于自动遵循分子偏好，使定制架构具有挑战性，”布鲁克海汶的博士后研究员毕业家Pawel Majewski表示。“我们的激光技术迫使材料以特定的方式组装。然后，我们可以构建逐层结构，构建由正方形，菱形，三角形和其他形状组成的格子。“

激光组装纳米线

对于网格结构的第一步，该团队利用了其最近的激光区退火（LZA）的发明，以生产推动超快速自组装所需的极其局部的热峰值。

为了进一步利用LZA的功率和精度，研究人员在未组装的聚合物膜的顶部施加了热敏弹性涂层。扫地激光的热量导致弹性层相反地展开类似的收缩包装 - 这拉动并对准快速形成的纳米级气缸。

扫描三层铂网的电子显微镜图像。彩色插图显示了纳米级栅格的每个不同层。

“最终结果是，在不到一秒钟，我们可以创造高度对齐的纳米圆柱批次，”研究共同查尔斯黑色，在CFN领导电子纳米材料组。“这个命令持续在宏观区域，并且难以实现任何其他方法。”

为了使这些二维网格官能，科学家们将聚合物基础转化为其他材料。

涉及采用纳米缸层并将其浸入含金属盐的溶液中的一种方法。然后将这些分子粘在自组装聚合物上，将其转化为金属网。可以使用各种反应性或导电金属，包括铂，金和钯。

它们还使用称为气相沉积的技术，其中蒸发的材料渗透聚合物纳米圆柱体并将它们转变成功能纳米线。

逐层晶格

第一个完成的纳米线阵列充当完整格子的基础。额外的层，然后堆叠在相同的过程的变化之后的每个层，以产生定制的，条纹配置的链接围栏比人类的头发更薄10,000倍。

实验的例证显示扫掠的激光诱导强烈的热量，既加速了聚合物自组装，精确地对准形成最终电网的基础的纳米圆柱体。

“在每个未组装的层上扫过的激光方向决定了纳米线行的方向，”Yager说。“我们将激光方向转移到每个层上，以及行交叉和重叠的方式形状网格。然后我们在每层形成后施加功能材料。这是一种非常快速而简单的方法来生产这种精确的配置。“

研究Coauthor Rahman，CFN博士后研究员，“我们也可以在绝缘体上堆叠金属，嵌入一个晶格结构内的不同功能性质和相互作用。

“网格的尺寸和组成产生了巨大的差异，”拉赫曼继续。“例如，单层铂纳米线仅在一个方向上传导电，但是在所有方向上均匀地均匀地传导两层网格。”

LZA精确且足够强大以克服界面相互作用，甚至可以在复杂的下层顶部驱动聚合物自组装。这种多功能性使得能够在不同的纳米级配置中使用各种各样的材料。

“我们可以产生几乎任何二维格形状，因此在制造多组分纳米结构方面具有很多自由度，”Yager说。“这很难预测所有技术都会允许的所有技术。”

图片：布鲁克黑文国家实验室