奧地利格拉茨理工大學(xué)的研究人員哈拉爾德·普蘭克、維雷娜·萊澤克和大衛(wèi)·庫內(nèi)斯在3D納米結(jié)構(gòu)制造領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展，確保了納米結(jié)構(gòu)的精確形狀和尺寸，以獲取所需的光學(xué)特性。

這一成就的關(guān)鍵在于對納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)致的模擬，這些模擬是制造過程的基礎(chǔ)。此外，該團隊還有效地消除了制造過程中常見的化學(xué)雜質(zhì)，同時不影響結(jié)構(gòu)的完整性。這些具有光學(xué)活性的納米結(jié)構(gòu)在太陽能電池以及化學(xué)和生物傳感器等領(lǐng)域扮演著至關(guān)重要的角色。

生產(chǎn)納米顆粒的目的是將它們戰(zhàn)略性地應(yīng)用于表面上，以實現(xiàn)光的聚焦、操控或觸發(fā)特定反應(yīng)。盡管這種技術(shù)已經(jīng)存在了二十年，但其持續(xù)的目標(biāo)是拓寬這種方法的潛在應(yīng)用范圍。

3D納米結(jié)構(gòu)的十年

在過去十年中，奧地利格拉茨科技大學(xué)電子顯微鏡和納米分析研究所以及電子顯微鏡中心（ZFE）的研究人員致力于推動這一技術(shù)的發(fā)展。他們的工作重點在于開創(chuàng)性地研發(fā)納米級的復(fù)雜、自支撐的3D架構(gòu)，這些架構(gòu)與迄今為止所開發(fā)的傳統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)截然不同。目前，這些研究人員使用的技術(shù)是全球唯一一種能夠在各種表面上受控地生成微小且復(fù)雜的3D結(jié)構(gòu)的方法。這些3D架構(gòu)的形狀元素小于10納米，尺寸甚至小于現(xiàn)存最小的病毒（通常尺寸約為20納米）。特別值得一提的是，研究團隊的最新創(chuàng)新消除了先前采用的“試錯法”，顯著減少了實現(xiàn)3D結(jié)構(gòu)最佳光學(xué)特性所需的時間。

使用3D納米打印技術(shù)制造的結(jié)構(gòu)；左：微型國際象棋塔，右：由納米線制成的球。圖片來源：CDL DEFINE/TU Graz

哈拉爾德·普朗克博士解釋道：“經(jīng)過過去幾年的努力，我們終于取得了顯著成果。近年來，我們面臨的最大挑戰(zhàn)是將3D結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到高純度材料上，同時不損壞其形態(tài)。由于3D技術(shù)的進(jìn)步，我們實現(xiàn)了在光學(xué)效果和應(yīng)用概念上的飛躍?，F(xiàn)在，納米級尺寸的納米探針或光鑷已經(jīng)成為可能。”

3D納米結(jié)構(gòu)到底是如何制作的？

在格拉茨工業(yè)大學(xué)，研究團隊采用聚焦電子束誘導(dǎo)沉積（EBID）工藝來創(chuàng)建3D納米結(jié)構(gòu)。在EBID工藝中，目標(biāo)表面在真空環(huán)境中被特定氣體覆蓋。為了將部分氣體分子轉(zhuǎn)化為固態(tài)并確保其精確地粘附在特定位置，研究人員利用電子束將這些氣體分子分解。

普朗克博士進(jìn)一步說明，通過精確控制電子束的移動和曝光時間，研究人員能夠一步實現(xiàn)具有晶格或片狀結(jié)構(gòu)元素的復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)的制造。為了形成所需的三維納米結(jié)構(gòu)，納米體積被精確堆疊。得益于格拉茨科技大學(xué)研究人員的這些進(jìn)展，未來將能夠在納米尺度上生產(chǎn)光鑷或探針。

奧地利格拉茨理工大學(xué)的研究人員哈拉爾德·普蘭克、維雷娜·萊澤克和大衛(wèi)·庫內(nèi)斯在3D納米結(jié)構(gòu)制造領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展，確保了納米結(jié)構(gòu)的精確形狀和尺寸，以獲取所需的光學(xué)特性。

這一成就的關(guān)鍵在于對納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行了細(xì)致的模擬，這些模擬是制造過程的基礎(chǔ)。此外，該團隊還有效地消除了制造過程中常見的化學(xué)雜質(zhì)，同時不影響結(jié)構(gòu)的完整性。這些具有光學(xué)活性的納米結(jié)構(gòu)在太陽能電池以及化學(xué)和生物傳感器等領(lǐng)域扮演著至關(guān)重要的角色。

生產(chǎn)納米顆粒的目的是將它們戰(zhàn)略性地應(yīng)用于表面上，以實現(xiàn)光的聚焦、操控或觸發(fā)特定反應(yīng)。盡管這種技術(shù)已經(jīng)存在了二十年，但其持續(xù)的目標(biāo)是拓寬這種方法的潛在應(yīng)用范圍。

3D納米結(jié)構(gòu)的十年

在過去十年中，奧地利格拉茨科技大學(xué)電子顯微鏡和納米分析研究所以及電子顯微鏡中心（ZFE）的研究人員致力于推動這一技術(shù)的發(fā)展。他們的工作重點在于開創(chuàng)性地研發(fā)納米級的復(fù)雜、自支撐的3D架構(gòu)，這些架構(gòu)與迄今為止所開發(fā)的傳統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)截然不同。目前，這些研究人員使用的技術(shù)是全球唯一一種能夠在各種表面上受控地生成微小且復(fù)雜的3D結(jié)構(gòu)的方法。這些3D架構(gòu)的形狀元素小于10納米，尺寸甚至小于現(xiàn)存最小的病毒（通常尺寸約為20納米）。特別值得一提的是，研究團隊的最新創(chuàng)新消除了先前采用的“試錯法”，顯著減少了實現(xiàn)3D結(jié)構(gòu)最佳光學(xué)特性所需的時間。

使用3D納米打印技術(shù)制造的結(jié)構(gòu)；左：微型國際象棋塔，右：由納米線制成的球。圖片來源：CDL DEFINE/TU Graz

哈拉爾德·普朗克博士解釋道：“經(jīng)過過去幾年的努力，我們終于取得了顯著成果。近年來，我們面臨的最大挑戰(zhàn)是將3D結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到高純度材料上，同時不損壞其形態(tài)。由于3D技術(shù)的進(jìn)步，我們實現(xiàn)了在光學(xué)效果和應(yīng)用概念上的飛躍?，F(xiàn)在，納米級尺寸的納米探針或光鑷已經(jīng)成為可能。”

3D納米結(jié)構(gòu)到底是如何制作的？

在格拉茨工業(yè)大學(xué)，研究團隊采用聚焦電子束誘導(dǎo)沉積（EBID）工藝來創(chuàng)建3D納米結(jié)構(gòu)。在EBID工藝中，目標(biāo)表面在真空環(huán)境中被特定氣體覆蓋。為了將部分氣體分子轉(zhuǎn)化為固態(tài)并確保其精確地粘附在特定位置，研究人員利用電子束將這些氣體分子分解。

普朗克博士進(jìn)一步說明，通過精確控制電子束的移動和曝光時間，研究人員能夠一步實現(xiàn)具有晶格或片狀結(jié)構(gòu)元素的復(fù)雜納米結(jié)構(gòu)的制造。為了形成所需的三維納米結(jié)構(gòu)，納米體積被精確堆疊。得益于格拉茨科技大學(xué)研究人員的這些進(jìn)展，未來將能夠在納米尺度上生產(chǎn)光鑷或探針。