蘸筆納米刻蝕技術(shù)(DPN)于1999年由美國西北大學(xué)Chad A. Mirkin教授課題組發(fā)明，迄今已發(fā)展20余年，在化學(xué)合成、光學(xué)、催化、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用(Guoqiang Liu, Zijian Zheng, Chad A. Mirkin, et al. Chemical Reviews, 2020, 120, 6009-6047)。作為一種納米制造的新技術(shù)，DPN可以直接將有機小分子、聚合物、納米顆粒以及生物大分子等各種材料以圖案化的方式傳輸于各種基底，同時實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的高分辨率和陣列圖案的任意性，也實現(xiàn)了大面積高通量的并行制備。一直以來，DPN技術(shù)專注于二維納米圖案的制備及應(yīng)用，如何將DPN技術(shù)拓展到三維納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑依然是一個挑戰(zhàn)。
基于此，近期香港理工大學(xué)鄭子劍教授和西北工業(yè)大學(xué)劉國強教授開發(fā)了一種三維納米制造新技術(shù)-三維蘸筆納米刻蝕技術(shù)(3D-DPN)，研究成果以題“3D Dip-Pen Nanolithography”發(fā)表于Advanced Materials Technologies 。該技術(shù)首先合成了一種能夠快速紫外固化且符合DPN傳輸條件的黏性聚合物，然后設(shè)計出點策略和線策略兩種制備途徑，將DPN過程和紫外光固化有機結(jié)合在一起，實現(xiàn)了三維納米圖形的構(gòu)筑。3D-DPN將蘸筆納米刻蝕技術(shù)從二維納米圖案化發(fā)展到了三維納米結(jié)構(gòu)構(gòu)筑，很大程度上拓展了DPN的應(yīng)用范圍。同時，3D-DPN可看作是一種微納米尺度的三維打印技術(shù)，其在結(jié)構(gòu)高分辨、器件微型化、部件多組分等方面具有獨特的優(yōu)勢。
圖1. 三維蘸筆納米刻蝕技術(shù)(3D-DPN)示意圖
圖2. 具有梯度尺寸的光固化聚合物點陣列的制備
圖3. 以點策略實現(xiàn)3D-DPN過程，從一維點陣列到二維線陣列，再到三維金字塔結(jié)構(gòu)構(gòu)筑
圖4. 具有梯度尺寸的光固化聚合物線陣列的制備
圖5. 以線為單元的結(jié)構(gòu)構(gòu)筑，從梯度尺寸的方框結(jié)構(gòu)到不同尺寸的RFID結(jié)構(gòu)構(gòu)筑
圖6. 以線策略實現(xiàn)3D-DPN過程，從三維金字塔結(jié)構(gòu)到三維復(fù)合結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑
論文第一作者為西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院劉國強教授，通訊作者為香港理工大學(xué)鄭子劍教授。
原文鏈接：Guoqiang Liu,Mingming Rong,Hong Hu,Lina Chen,Zhuang Xie,Zijian Zheng, 3D Dip-Pen Nanolithography. Adv. Mater. Technol. 2022, 2101493.
https://doi.org/10.1002/admt.202101493
作者簡介：
劉國強，西北工業(yè)大學(xué)教授，博導(dǎo)，2009年和2012年獲得湖北大學(xué)本科和碩士學(xué)位，2015年獲得中國科學(xué)院大學(xué)博士學(xué)位，導(dǎo)師劉維民院士和周峰教授，于2015年9月開始在香港理工大學(xué)鄭子劍教授課題組開展博士后研究，于2019年加入西北工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院，入選翱翔海外學(xué)者計劃和陜西省高層次人才青年項目，以第一或通訊作者已在Chem. Rev., Adv. Mater., Small, Adv. Mater. Technol., Chem. Eng. J., ACS Macro Lett., Chem. Commun., ACS Appl. Mater. Interfaces等國際期刊上發(fā)表SCI論文30余篇。主要研究方向包括聚合物基功能潤滑材料、仿生和生物潤滑材料、表面納米圖案化和三維納米制造等。
鄭子劍，香港理工大學(xué)教授。1999-2003年清華大學(xué)化工系本科；2007年英國劍橋大學(xué)化學(xué)系及納米中心博士，研究領(lǐng)域為高分子科學(xué)及有機光電子學(xué)（導(dǎo)師Prof. Wilhelm T. S. Huck）；2008-2009年美國西北大學(xué)納米中心博士后，研究納米制造（導(dǎo)師Prof. Chad A. Mirkin）。2009年加入香港理工大學(xué)任助理教授，2013年破格晉升為終身副教授，2017年再次破格晉升為正教授。研究領(lǐng)域包括材料表界面科學(xué)，納米制造，新型柔性材料，柔性電子應(yīng)用（包括傳感器、鋰電池、太陽能電池、超級電容器等），其在Science，Nature Materials，Nature Communications，Advanced Materials，Advanced Energy Materials，JACS，Angewandte Chemie等高影響因子期刊上發(fā)表論文130余篇，擁有國內(nèi)外專利20余項，榮獲十多項國際大獎。近年擔(dān)任Wiley新旗艦期刊EcoMat主編，Advanced Materials和Small的客座編輯，Advanced Energy Materials編委，并當(dāng)選（首批）香港青年科學(xué)院科學(xué)家（45歲以下香港科學(xué)家最高榮譽）。2020年當(dāng)選為長江學(xué)者講座教授。
