据悉，加州理工学院的研究团队开发了一种基于水凝胶注入的增材制造(AM)技术，使用双光子光刻技术生产具有约100 nm特征分辨率的3D金属。相关研究以“Suppressed Size Effect in Nanopillars with Hierarchical Microstructures Enabled by Nanoscale Additive Manufacturing”为题发表在《Nano Letters.》期刊上。
关键词:增材制造;双光子光刻;镍;纳米力学;分子动力学
去年年底，加州理工学院的研究人员透露，他们已经开发出一种新的制造技术，可以打印出三到四张纸那么厚的微型金属部件。
现在，该团队已经重新发明了这项技术，可以打印出比原来小一千倍的物体:150纳米，相当于流感病毒的大小。在此过程中，研究小组还发现，这些物体内部的原子排列是无序的，然而，在纳米级金属物体的情况下，这种无序的原子排列比有序原子排列的类似大小的结构强3到5倍。
这项新技术与该团队去年宣布的另一项技术类似，但每一步都是为了在纳米尺度上工作而重新设计的。然而，这提出了一个另外的挑战:制造不可见的或不易操作的对象。
这个过程首先是准备一种光敏“鸡尾酒”混合物，主要由水凝胶组成，水凝胶是一种聚合物，可以吸收许多倍于自身重量的水。然后用激光选择性地硬化这种混合物，以建立与所需金属物体相同形状的3D支架。在这项研究中，这些物体是一系列微小的柱子和纳米晶格。
然后将水凝胶部分注入含有镍离子的水溶液。一旦混合物被金属离子饱和，它们就会被烘烤，直到所有的水凝胶都燃烧殆尽，剩下的部分虽然缩小了，但仍与原来的形状相同，完全由氧化的金属离子组成(与氧原子结合)。在最后一步中，氧原子被化学地从零件中剥离出来，将金属氧化物重新转化为金属形式。
研究人员称，在这个过程中，所有这些热和动力学过程同时发生，这导致了非常非常混乱的微观结构。会观察到原子结构中的孔隙和不规则性等缺陷，这些缺陷通常被认为是强度恶化的缺陷。如果要用钢制造一些东西，比如发动机缸体，你不会希望看到这种微观结构，因为它会大大削弱材料的强度。
然而，他们的发现恰恰相反，在更大尺度上削弱金属部件的强度缺陷反而增强了纳米级部件。
研究人员认为，这是纳米级金属结构3D打印的首批演示之一。这个过程可以用来制造许多有用的成分，比如氢的催化剂;储存无碳氨和其他化学品的电极;以及传感器、微型机器人和热交换器等设备的基本部件。
原标题：《Nano Letters.》纳米级金属3D打印技术带来了惊人的好处
