Figura 1:Riepilogo grafico dello studio. Tecnica e cariche dell'elettrofilatura in campo vicino (NFES). Il team IBS ha ottenuto un controllo preciso della deposizione di nanofibre strato per strato semplicemente aggiungendo sale alla soluzione polimerica. Le immagini ottiche delle nanofibre stampate in 3D sono state preparate con soluzioni costituite da:(i) solo polimero poli(ossido di etilene) (PEO), (ii) PEO e sale e utilizzando una piattaforma di conduzione, e (iii) PEO e sale utilizzando una piattaforma isolante. In (i), la nanostruttura non è ben allineata, perché le fibre depositate hanno una debole carica superficiale positiva, ma l'aggiunta di sale aumenta la conduttività della soluzione di partenza e l'attrazione tra il getto di nanofibre e le fibre depositate. Una lastra isolante in silice ha ridotto l'effetto, confermando l'ipotesi. Grazie a questa tecnica, I ricercatori dell'IBS hanno costruito nanopareti con l'altezza e il numero di strati desiderati. Credito:Istituto per le scienze di base
Nanowall, nanoponti, nano "palestra della giungla":potrebbe sembrare la descrizione di un villaggio lillipuziano, ma questi sono veri componenti stampati in 3D con potenziali applicazioni in nanoelettronica, materiali intelligenti e dispositivi biomedici. Ricercatori del Center for Soft and Living Matter (CSLM), all'interno dell'Istituto per le Scienze di Base (IBS, Corea del Sud) hanno migliorato un processo di nanostampa 3D che produce auto-impilabili, alto, nanostrutture strette.
Come mostrato nella loro ultima pubblicazione in Nano lettere ("Elettrofilatura in campo vicino per nanoarchitetture impilate tridimensionali con alti rapporti di aspetto"), il team ha utilizzato questa tecnica anche per produrre nanoelettrodi trasparenti con un'elevata trasmissione ottica e conduttività controllabile.
La tecnica di elettrofilatura in campo vicino (NFES) consiste in una siringa riempita con una soluzione polimerica sospesa sopra una piattaforma, che raccoglie la nanofibra espulsa ed è preprogrammato per spostarsi a sinistra e a destra, avanti e indietro, a seconda della forma del prodotto finale desiderato. La siringa e la piattaforma hanno cariche opposte in modo che il getto di polimero emergente dall'ago venga attratto verso la piattaforma, formando una fibra continua che si solidifica sulla piattaforma.
Poiché i getti elettrofilati sono difficili da maneggiare, questa tecnica era limitata a strutture bidimensionali (2-D) o strutture tridimensionali (3-D) cilindriche cave, spesso con diametri di fibra relativamente grandi di pochi micrometri.
I ricercatori dell'IBS sono stati in grado di ottenere un migliore controllo della deposizione di nanofibre sulla piattaforma aggiungendo un'adeguata concentrazione di cloruro di sodio (NaCl) alla soluzione polimerica. Ciò ha assicurato l'allineamento spontaneo degli strati di nanofibre impilati uno sopra l'altro formando pareti.
Figura 2:Varie nanoarchitetture a 40 strati stampate in 3D rivestite con diversi materiali funzionali. (A) nanopareti diritte di nichel. (B) nanopareti d'oro curve. (C) Schema a griglia in silice. (D) Nanoponti di ossido di zinco sospesi tra nanopareti. Credito:Istituto per le scienze di base
"Sebbene sia altamente applicabile a vari campi, è difficile costruire nanofibre impilate con più design utilizzando le tecniche convenzionali di elettrofilatura, " dice Yoon-Kyoung Cho, il corrispondente autore dello studio. "Il nostro esperimento ha dimostrato che il sale ha funzionato".
Il beneficio fornito dal sale è correlato agli oneri. La differenza di tensione tra la siringa e la piattaforma crea cariche positive nella soluzione polimerica e cariche negative nella piattaforma, ma una carica positiva residua rimane nelle fibre solidificate sulla piattaforma. Il team ha scoperto che l'applicazione di sale alla soluzione polimerica migliora la dissipazione della carica, portando a una maggiore attrazione elettrostatica tra il getto di nanofibre e le fibre depositate sulla piattaforma.
Sulla base di questo meccanismo, il team è stato in grado di produrre nanowall alti e stretti con una larghezza minima di circa 92 nanometri e un'altezza massima di 6,6 micrometri, e costruire una varietà di nanoarchitetture 3-D, come array di nanopareti curve, nano "palestra nella giungla, " e nanoponti di dimensioni controllabili.
Figura 3:Nanopareti ricoperte di argento e inglobate in nanoelettrodi trasparenti. Il setup è stato utilizzato per identificare la sintonizzabilità della resistenza degli elettrodi contenenti nanofili 3D di diversa altezza (da 20 a 100 strati di nanofibre), sulla base di un confronto dell'intensità dei LED. Il Center for Soft and Living Matter si trova presso l'Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST).
Per dimostrare la potenziale applicazione di queste nanostrutture, i ricercatori in collaborazione con Hyunhyub Ko, professore all'Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), nanoelettrodi 3-D preparati con nanopareti rivestite di argento incorporate in film di polidimetilsilossano (PDMS) trasparenti e flessibili. Hanno confermato che la resistenza elettrica potrebbe essere sintonizzata con il numero di strati di nanofibre (più alte sono le nanopareti, minore è la resistenza), senza alterare la trasmissione della luce.
"Interessante, questo metodo può potenzialmente evitare il compromesso tra trasmittanza ottica e resistenza del foglio negli elettrodi trasparenti. Array di nanofili d'argento 3-D realizzati con 20, 40, 60, 80, o 100 strati di nanofibre avevano conduttività variabile, ma una trasmissione della luce stabile di circa il 98 percento, " conclude Yang-Seok Park, il primo autore dello studio.
