自從世界上首支3D打印筆3Doodler上市到現(xiàn)在也有一年的時(shí)間了，不過大部分人還只是拿它做一個(gè)有趣的工具玩玩而已，因?yàn)樗馨l(fā)揮的作用比起一般的3D打印機(jī)而言其實(shí)還是有限。不過近日，韓國(guó)的一群科學(xué)家開發(fā)出了一種新型的3D打印筆，這種打印筆的科技含量就高得多啦，它可以實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的3D打印！

        來自韓國(guó)高麗大學(xué)的Seongpil Hwang以及他領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)制造出了這款令人印象深刻的新設(shè)備。

        “據(jù)我們所知，我們的水凝膠3D打印筆是一種首創(chuàng)。”Hwang介紹這臺(tái)設(shè)備時(shí)說。“不過，我們還是受到三種技術(shù)的啟發(fā)：美國(guó)西北大學(xué)Chad Mikin開發(fā)的蘸筆光刻（dip-pen lithography）技術(shù)；英國(guó)Warwick大學(xué)Patrick Unwin開發(fā)的納米吸量管（nanopipettes）；以及美國(guó)哈佛大學(xué)Jennifer Lewis開發(fā)的微噴嘴（micro-nozzels）技術(shù)。”

        雖然嚴(yán)格來說，這并不算第一款3D打印筆，但它肯定是第一個(gè)在納米尺度工作的類似設(shè)備。這款筆的尖端有一個(gè)微觀的水凝膠金字塔，其最尖端被浸泡在電化學(xué)反應(yīng)驅(qū)動(dòng)的電解液里。據(jù)了解，它的工作原理是水凝膠的尖端和超微電極之間形成一個(gè)納米級(jí)的接觸面。有一個(gè)納米定位系統(tǒng)來確保這款3D打印筆在應(yīng)用時(shí)的精度，并以規(guī)范在進(jìn)行電鍍時(shí)的法拉第吸附反應(yīng)。

        這種納米級(jí)的3D打印筆可以創(chuàng)建尺寸小于100納米的3D結(jié)構(gòu)。Hwang和他的團(tuán)隊(duì)在測(cè)試時(shí)用這臺(tái)設(shè)備成功地將十分細(xì)微的鉑金沉積到了黃金電極上。

        Hwang在論文中稱，這款3D打印筆可以作為納米空間電化學(xué)反應(yīng)的一種有用的工具：

        “我們的水凝膠筆可以在局部的電化學(xué)反應(yīng)中作為納米吸量管（nanopipettes）的一種獨(dú)特的替代品。它很便宜，而且分辨率很高。水凝膠筆其實(shí)是一個(gè)微觀的水凝膠金字塔，其尖銳的頂部被限制在納米尺度區(qū)域內(nèi)，并含有電解質(zhì)以用于電化學(xué)反應(yīng)。水凝膠筆尖和一個(gè)宏觀電極表面之間的接觸產(chǎn)生了納米尺度的電化學(xué)反應(yīng)區(qū)域。因此我們將此筆稱為“電化學(xué)反應(yīng)水凝膠筆”（HYPER）。”

        通過這種電沉積的方法，科學(xué)家們能夠以更便宜、環(huán)保、可靠的手段創(chuàng)建3D薄膜。傳統(tǒng)的電沉積技術(shù)只能創(chuàng)造相當(dāng)與一維的納米線，但通過使用這種水凝膠筆技術(shù)，生成三維的納米幾何體指日可待。此外，水凝膠筆是常用的玻璃納米吸量管的很好替代品，因?yàn)樗z筆的制造要比玻璃納米吸量管稍微簡(jiǎn)單點(diǎn)，而且能夠生成高精度的幾何形狀。

通過水凝膠筆生成的納米級(jí)鉑金形狀

      來自世界各地的材料科學(xué)家對(duì)于這一新技術(shù)的應(yīng)用潛力都很有興趣。其中就包括牛津大學(xué)的Harish Bhaskaran博士，他說：“3D增材納米制造是關(guān)于納米級(jí)元件快速原型的下一個(gè)前沿技術(shù)。”Bhaskaran并沒有參與開發(fā)這個(gè)水凝膠筆，他繼續(xù)說道：

        “在這個(gè)尺度上還有許多的挑戰(zhàn)，比如控制功能、這些筆的長(zhǎng)期可靠性等，都將影響到這個(gè)產(chǎn)品在未來發(fā)揮的作用。然而，這是重要的第一步，相當(dāng)有趣，因?yàn)樵摷夹g(shù)是可擴(kuò)展的。”

        水凝膠筆是借助于其頂端的金字塔形狀生成穩(wěn)態(tài)電流，并形成比當(dāng)前能夠達(dá)到的水平小得多的尺度。參與的科研團(tuán)隊(duì)在其研究的最終形成了幾個(gè)結(jié)論：

        “這是首次用水凝膠筆在納米尺度上探索電化學(xué)過程和生成3D金屬結(jié)構(gòu)。電化學(xué)反應(yīng)水凝膠筆（HYPER）在簡(jiǎn)單、電極尺寸、可再現(xiàn)性和成本等方面與以前的方法相比均有顯著的優(yōu)勢(shì)。與HYPER相關(guān)的理論表明其電化學(xué)行為類似于一個(gè)典型的超微電極。我們已經(jīng)展示，可以使用HYPER通過電沉積來實(shí)現(xiàn)納米級(jí)的3D打印。局部電化學(xué)的HYPER研究將為電化學(xué)、納米科學(xué)、3D打印和SPM帶來新的機(jī)遇。”