3-D micro-/nanofabricage is de sleutel tot het bouwen van een grote verscheidenheid aan materialen op micro-/nanoschaal, structuren, apparaten, en systemen met unieke eigenschappen die zich niet manifesteren in hun 2-D vlakke tegenhangers. Onlangs, wetenschappers hebben een aantal zeer verschillende 3D-fabricagestrategieën onderzocht, zoals kirigami en origami, die gebruik maken van de wetenschap van het snijden en vouwen van 2D-materialen/structuren om veelzijdige 3D-vormen te creëren. Dergelijke nieuwe methodologieën maken continue en directe 2-D-naar-3-D-transformaties mogelijk door middel van vouwen, buigen en draaien, waarmee de bezette ruimte "niet-lineair" kan variëren met verschillende ordes van grootte in vergelijking met de conventionele 3D-verzinsels. Belangrijker, deze nieuwe-concept kirigami/origami-technieken bieden een extra mate van vrijheid bij het creëren van ongekende 3D micro-/nanogeometrieën die verder gaan dan de denkbare ontwerpen van conventionele subtractieve en additieve fabricage.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Licht:wetenschap en toepassingen , Chinese wetenschappers van het Beijing Institute of Technology en de South China University of Technology hebben een uitgebreid overzicht gemaakt van enkele van de nieuwste vorderingen in kirigami/origami op micro-/nanoschaal. Met het doel dit nieuwe regime van geavanceerde 3D micro-/nanofabricage te ontvouwen, ze introduceerden en bespraken verschillende stimuli van kirigami/origami, inclusief capillaire kracht, restspanning, mechanische spanning, responsieve kracht en gefocusseerde ionenbundel bestraling geïnduceerde stress, en hun werkingsprincipes in de micro-/nanoschaalregio. De op gerichte ionenbundel gebaseerde nano-kirigami, als een prominent voorbeeld bedacht in 2018 door het team, werd met name benadrukt als een directe en directe 2-D-naar-3-D-transformatietechniek. Bij deze methode, de gefocusseerde ionenstraal werd gebruikt om de 2D-nanopatronen zoals "messen / schaar" te snijden en geleidelijk de nanopatronen in complexe 3D-vormen zoals "handen" te "trekken". Door gebruik te maken van de topografie-geleide spanning binnen de nanopatronen, veelzijdige 3D-vormtransformaties zoals opwaarts knikken, neerwaarts buigen, complexe rotatie en verdraaiing van nanostructuren werden precies bereikt.

Zoals besproken in deze recensie, de ongekende micro-/nanoschaalgeometrieën gecreëerd door kirigami/origami hebben geleid tot uitgebreide mogelijkheden voor het hervormen van 2D-materialen, ook in biologische, optisch, en herconfigureerbare toepassingen. Bovendien, 3D-transformaties van opkomende 2D-materialen (zoals grafeen, MoS2, MoS2, WSe2 en PtSe2), bijvoorbeeld, werden kort geïntroduceerd en de bijbehorende nieuwe elektrische en mechanische eigenschappen werden blootgelegd.

"Geavanceerde kirigami/origami biedt een gemakkelijk toegankelijke benadering voor de modulatie van mechanische, elektrisch, magnetische en optische eigenschappen van bestaande materialen, met opmerkelijke flexibiliteit, diversiteit, functionaliteit, algemeenheid en herconfigureerbaar", ze zeiden. "Deze belangrijke kenmerken onderscheiden de gemakkelijke kirigami/origami duidelijk van andere gecompliceerde 3D-nanofabricagetechnieken, en deze nieuwe paradigmatechniek uniek en veelbelovend te maken voor het oplossen van veel moeilijke problemen in praktische toepassingen van micro/nano-apparaten."

Verder, ze bespraken de huidige uitdagingen in op kirigami/origami gebaseerde 3D micro-/nanofabricage, zoals de beperkte strategieën van stimuli en herconfiguraties, en de moeilijkheden bij on-chip en grootschalige integratie. "Wanneer deze uitdagingen worden aangegaan en de voordelen volledig worden benut, "Ze voorzagen, "Micro-/nanoschaal kirigami/origami zal het regime van 3D micro-/nanofabricage enorm vernieuwen. Ongekende fysieke kenmerken en uitgebreide functionele toepassingen kunnen worden bereikt in brede gebieden van optica, natuurkunde, biologie, scheikunde en techniek. Deze nieuwe concepttechnologieën, met baanbrekende prototypes, zou nuttige oplossingen kunnen bieden voor nieuwe LIDAR/LADAR-systemen, ruimtelijke lichtmodulatoren met hoge resolutie, geïntegreerde optische herconfiguraties, ultragevoelige biomedische sensoren, on-chip biomedische diagnose en de opkomende nano-opto-elektromechanische systemen."