Nanomuren, nanobruggen, nano "jungle gyms":het lijkt misschien de beschrijving van een Lilliputiaans dorp, maar dit zijn daadwerkelijke 3D-geprinte componenten met mogelijke toepassingen in nano-elektronica, slimme materialen en biomedische apparaten. Onderzoekers van het Center for Soft and Living Matter (CSLM), binnen het Instituut voor Basiswetenschappen (IBS, Zuid-Korea) hebben een 3D-nanoprintproces verbeterd dat zelfgestapelde, lang, smalle nanostructuren.

Zoals blijkt uit hun laatste publicatie in Nano-letters ("Near-field electrospinning voor driedimensionale gestapelde nanoarchitecturen met hoge aspectverhoudingen"), het team gebruikte deze techniek ook om transparante nano-elektroden te produceren met een hoge optische transmissie en regelbare geleidbaarheid.

De near-field electrospinning (NFES) techniek bestaat uit een injectiespuit gevuld met een polymeeroplossing opgehangen boven een platform, die de uitgeworpen nanovezel verzamelt en voorgeprogrammeerd is om naar links en rechts te bewegen, heen en weer, afhankelijk van de vorm van het gewenste eindproduct. De spuit en het platform hebben tegengestelde ladingen, zodat de polymeerstraal die uit de naald komt, wordt aangetrokken door het platform, vormen een continue vezel die stolt op het platform.

Omdat de electrospun jets moeilijk te hanteren zijn, deze techniek was beperkt tot tweedimensionale (2-D) structuren of holle cilindrische driedimensionale (3-D) structuren, vaak met relatief grote vezeldiameters van enkele micrometers.

IBS-onderzoekers waren in staat om de afzetting van nanovezels op het platform beter te beheersen door een geschikte concentratie natriumchloride (NaCl) aan de polymeeroplossing toe te voegen. Dit zorgde voor de spontane uitlijning van de nanovezellagen die op elkaar waren gestapeld en wanden vormden.

"Hoewel het zeer toepasbaar is op verschillende gebieden, het is moeilijk om gestapelde nanovezels met meerdere ontwerpen te bouwen met behulp van de conventionele elektrospintechnieken, " zegt Yoon-Kyoung Cho, de corresponderende auteur van de studie. "Ons experiment toonde aan dat zout de truc deed."

Het voordeel van zout is gerelateerd aan de heffingen. Het verschil in spanning tussen de spuit en het platform creëert positieve ladingen in de polymeeroplossing en negatieve ladingen in het platform, maar een resterende positieve lading blijft in de gestolde vezels op het platform. Het team ontdekte dat het aanbrengen van zout op de polymeeroplossing de ladingsdissipatie verbetert, wat leidt tot een hogere elektrostatische aantrekkingskracht tussen de nanovezelstraal en de vezels die op het platform zijn afgezet.

Op basis van dit mechanisme, het team was in staat om hoge en smalle nanowallen te produceren met een minimale breedte van ongeveer 92 nanometer en een maximale hoogte van 6,6 micrometer, en een verscheidenheid aan 3D-nanoarchitecturen bouwen, zoals gebogen nanowall-arrays, nano "jungle sportscholen, " en nanobruggen met controleerbare afmetingen.

Om de mogelijke toepassing van deze nanostructuren aan te tonen, de onderzoekers in samenwerking met Hyunhyub Ko, professor aan het Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), geprepareerde 3D-nano-elektroden met zilvergecoate nanowanden ingebed in transparante en flexibele polydimethylsiloxaan (PDMS) films. Ze bevestigden dat de elektrische weerstand kan worden afgestemd met het aantal nanovezellagen (hoe groter de nanowanden, hoe kleiner de weerstand), zonder de lichttransmissie te beïnvloeden.

"Interessant, deze methode kan mogelijk de wisselwerking tussen optische transmissie en plaatweerstand in transparante elektroden vermijden. Arrays van 3D zilveren nanodraden gemaakt met 20, 40, 60, 80, of 100 lagen nanovezels hadden variabele geleidbaarheid, maar stabiele lichttransmissie van ongeveer 98 procent, " concludeert Yang-Seok Park, de eerste auteur van de studie.