La micro/nanofabbricazione 3-D è la chiave per costruire una grande varietà di materiali su micro/nanoscala, strutture, dispositivi, e sistemi con proprietà uniche che non si manifestano nelle loro controparti planari 2-D. Recentemente, gli scienziati hanno esplorato alcune strategie di fabbricazione 3D molto diverse come kirigami e origami che utilizzano la scienza del taglio e della piegatura di materiali/strutture 2D per creare forme 3D versatili. Tali nuove metodologie consentono trasformazioni continue e dirette da 2D a 3D tramite piegatura, piegarsi e torcersi, con cui lo spazio occupato può variare "non linearmente" di diversi ordini di grandezza rispetto alle convenzionali realizzazioni 3-D. Ma ancora più importante, queste tecniche kirigami/origami di nuova concezione forniscono un ulteriore grado di libertà nella creazione di micro/nanogeometrie 3D senza precedenti oltre i progetti immaginabili della fabbricazione sottrattiva e additiva convenzionale.

In un nuovo articolo pubblicato su Luce:scienza e applicazioni , Scienziati cinesi del Beijing Institute of Technology e della South China University of Technology hanno effettuato una revisione completa su alcuni degli ultimi progressi nel kirigami/origami in micro/nanoscala. Con l'obiettivo di sviluppare questo nuovo regime di micro/nanofabbricazione 3-D avanzata, hanno introdotto e discusso vari stimoli di kirigami/origami, compresa la forza capillare, stress residuo, sollecitazioni meccaniche, sollecitazione indotta dalla forza di risposta e dall'irradiazione focalizzata del fascio di ioni, e i loro principi di funzionamento nella regione su micro/nanoscala. Il nano-kirigami basato su fasci di ioni focalizzati, come esempio di spicco coniato nel 2018 dal team, è stato evidenziato in particolare come una tecnica di trasformazione istantanea e diretta da 2D a 3D. In questo metodo, il fascio di ioni focalizzato è stato impiegato per tagliare i nanopattern 2-D come "coltelli/forbici" e gradualmente "tirare" i nanopattern in forme 3-D complesse come "mani". Utilizzando lo stress guidato dalla topografia all'interno dei nanopattern, trasformazioni di forme 3D versatili come instabilità verso l'alto, flessione verso il basso, sono state ottenute con precisione la rotazione complessa e la torsione delle nanostrutture.

Come discusso in questa recensione, le inedite geometrie micro-/nanoscala create da kirigami/origami hanno portato a vaste potenzialità per la rimodellazione di materiali 2-D, oltre che in biologico, ottico, e applicazioni riconfigurabili. Inoltre, trasformazioni 3-D di materiali 2-D emergenti (come grafene, MoS2, MoS2, WSe2 e PtSe2), Per esempio, sono state brevemente introdotte e sono state scoperte le nuove proprietà elettriche e meccaniche associate.

"Il kirigami/origami avanzato fornisce un approccio facilmente accessibile per la modulazione della meccanica, elettrico, proprietà magnetiche e ottiche dei materiali esistenti, con notevole flessibilità, diversità, funzionalità, generalità e riconfigurabilità", loro hanno detto. "Queste caratteristiche chiave differenziano chiaramente il facile kirigami/origami da altre complicate tecniche di nanofabbricazione 3D, e rendere questa nuova tecnica paradigmatica unica e promettente per risolvere molti problemi difficili nelle applicazioni pratiche di micro/nano-dispositivi."

Per di più, hanno discusso delle attuali sfide nella micro/nanofabbricazione 3-D basata su kirigami/origami, come le strategie limitate di stimoli e riconfigurazioni, e le difficoltà nell'integrazione on-chip e su larga scala. "Quando queste sfide saranno soddisfatte e i vantaggi saranno pienamente adottati, "hanno immaginato, "Il kirigami/origami in micro/nanoscala innova notevolmente il regime della micro/nanofabbricazione 3D. Caratteristiche fisiche senza precedenti e ampie applicazioni funzionali possono essere ottenute in vaste aree dell'ottica, fisica, biologia, chimica e ingegneria. Queste tecnologie di nuova concezione, con prototipi rivoluzionari, potrebbe fornire soluzioni utili per nuovi sistemi LIDAR/LADAR, modulatori di luce spaziale ad alta risoluzione, riconfigurazioni ottiche integrate, sensori biomedici ultrasensibili, diagnosi biomedica su chip e sistemi nano-opto-elettromeccanici emergenti".