研究人员优化光学活性纳米结构的 3D 打印

大约 20 年来，人们已经可以通过纳米粒子来修饰表面，以便它们以所需的方式集中或操纵光或触发其他反应。例如，这种光学活性纳米结构可以在太阳能电池和生物或化学传感器中找到。

为了扩大这些纳米结构的应用范围，电子显微镜和纳米分析研究所(格拉茨理工大学)和格拉茨电子显微镜中心(ZFE)的研究人员十多年来不仅致力于制造平面纳米结构，特别是复杂的、独立的 3D 结构。

Harald Plank、Verena Reisecker 和 David Kuhness 领导的团队取得了两项突破。现在可以提前精确模拟纳米结构所需的形状和尺寸，以实现所需的光学特性，然后可以精确地生产。该团队还成功地完全去除了初始生产过程中掺入的化学杂质，而不会对 3D 纳米结构产生负面影响。

研究结果发表在《先进功能材料》杂志上。

试错过程变得不必要

到目前为止，3D 纳米结构需要耗时的试错过程，直到产品显示出所需的光学特性。这个困难终于被消除了。“各种纳米结构的模拟和真实等离子体共振之间的一致性非常高，”普朗克解释道。“这是向前迈出的一大步。过去几年的努力终于得到了回报。”

该技术是目前世界上唯一一种可用于在几乎任何表面上以受控的单步过程生产复杂的 3 维结构(其单个特征小于 10 纳米)的技术。相比之下，最小的病毒大小约为 20 纳米。

Plank 解释说：“近年来最大的挑战是将 3D 结构转移到高纯度材料中而不破坏形态。” “得益于 3D 方面，这一发展飞跃带来了新的光学效果和应用概念。” 尺寸在纳米范围内的纳米探针或光镊现在已触手可及。

精确控制的电子束

研究人员使用聚焦电子束诱导沉积来生产纳米结构。相关表面在真空条件下暴露于特殊气体中。精细聚焦的电子束分裂气体分子，其中部分气体分子转变成固态并粘附到所需的位置。

“通过精确控制光束运动和曝光时间，我们能够一步生成具有晶格或片状构件的复杂纳米结构，”普兰克解释道。通过将这些纳米体积堆叠在一起，最终可以构建三维结构。

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