清華大學《Science》：基于膠體納米晶體間光化學鍵合的無機納米材料3D打印
時間：2023-10-08 15:07 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
近日，清華大學化學系張昊副教授、李景虹院士和精儀系孫洪波教授、林琳涵副教授研究團隊在無機材料的3D打印化學與技術方面取得了新突破。該研究基于納米晶體表面配體的非特異性光化學交聯反應和溶液中輸運過程，實現了普適于無機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鍵合的無機納米材料3D打印”(3D printing of inorganic nanomaterials by photochemically bonding colloidal nanocrystals)為題發表在《科學》（Science）期刊上。清華大學化學系博士后李馥、清華大學精密儀器系2019級博士生劉少峰、清華大學化學系2021級博士生劉王宇為論文共同第一作者。清華大學化學系李景虹教授、張昊副教授，清華大學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。清華大學航天航空學院李曉雁教授、清華大學材料學院李正操教授等合作者為工作作出了重要貢獻。
3D打印已成為一項革命性的技術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結構相結合，可以為構建微納功能材料、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，處于電子和信息產業核心，具有優越光、電、磁等性能的半導體等無機材料的直接3D打印則難于實現。其化學本質在于，3D打印結構的穩定性來源于打印材料中原子或分子間的化學鍵。無機材料如半導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物純度低，無法保持原有的材料特性。
針對這一問題，研究團隊開發了無需聚合物模板的無機材料納米級精度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無機材料的原料“墨水”，設計了基于光生氮賓自由基的小分子交聯劑，利用飛秒激光引發納米晶體表面配體的光交聯反應使納米晶體間形成穩定的共價鍵連接，實現了普適性、高純度（無機組分質量分數大于90%）、高精度（突破光學衍射極限，分辨率可達150納米）的無機材料3D打印。該方法將膠體納米化學設計與飛秒激光制造技術相結合。該研究工作開發了無機材料的新的3D打印化學方法，為拓寬3D打印材料庫并構建基于無機材料的3D結構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鍵合的無機納米材料3D打印”(3D printing of inorganic nanomaterials by photochemically bonding colloidal nanocrystals)為題發表在《科學》（Science）期刊上。清華大學化學系博士后李馥、清華大學精密儀器系2019級博士生劉少峰、清華大學化學系2021級博士生劉王宇為論文共同第一作者。清華大學化學系李景虹教授、張昊副教授，清華大學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。清華大學航天航空學院李曉雁教授、清華大學材料學院李正操教授等合作者為工作作出了重要貢獻。
3D打印已成為一項革命性的技術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結構相結合，可以為構建微納功能材料、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，處于電子和信息產業核心，具有優越光、電、磁等性能的半導體等無機材料的直接3D打印則難于實現。其化學本質在于，3D打印結構的穩定性來源于打印材料中原子或分子間的化學鍵。無機材料如半導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物純度低，無法保持原有的材料特性。
針對這一問題，研究團隊開發了無需聚合物模板的無機材料納米級精度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無機材料的原料“墨水”，設計了基于光生氮賓自由基的小分子交聯劑，利用飛秒激光引發納米晶體表面配體的光交聯反應使納米晶體間形成穩定的共價鍵連接，實現了普適性、高純度（無機組分質量分數大于90%）、高精度（突破光學衍射極限，分辨率可達150納米）的無機材料3D打印。該方法將膠體納米化學設計與飛秒激光制造技術相結合。該研究工作開發了無機材料的新的3D打印化學方法，為拓寬3D打印材料庫并構建基于無機材料的3D結構與器件提供了新思路。
論文鏈接：
https://www.science.org/doi/full/10.1126/science.adg6681
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