Aplikacja Kirigami Paper Folding inspiruje zaawansowane badania nanofabrykacji 3D

Kirigami polega na przycinaniu wzorów na płaski papier przed złożeniem go w kształty 3D, a podczas gdy artystycznie ta tradycyjna sztuka używana jest najczęściej w ceremoniach, festiwalach i dekoracjach okiennych, to również znalazła zastosowania technologiczne i naukowe w projektowaniu urządzeń biomedycznych, mikro - i systemy nanoelektromechaniczne (MEMS / NEMS) i panele słoneczne.

Ostatnio dr Li Jiafang z Instytutu Fizyki Akademii (IOP) i jego zespół naukowców z Akademii, MIT , a Politechnika Południowochińska zastosowała kirigami do stworzenia modelu zaawansowanej nanowytwarzania 3D. Naukowcy specjalnie zainspirowali się tradycyjnym projektem kirigami zwanym "wyrywaniem kwiatów" i stworzyli własną bezpośrednią metodę nano-kirigami do pracy w nanoskali za pomocą płaskich filmów.

Zespół opublikował niedawno artykuł zatytułowany "Nano-kirigami z ogromną przejrzystością optyczną" w czasopiśmie Science Advances; współautorami są Zhiguang Liu, Huifeng Du z MIT, Li, Ling Lu, Zhi-Yuan Li z Południowochińskiego University of Technology oraz MIT Nicholas X. Fang. Akademia, Narodowa Fundacja Nauki Chin, Ministerstwo Nauki i Technologii Chin, Chińska Rada Stypendialna oraz liczne granty rządowe USA zapewniły wsparcie dla tego badania.

Streszczenie brzmi: "Kirigami umożliwia wszechstronność przekształcenie kształtu z dwuwymiarowych (2D) prekursorów na architektury 3D o uproszczonej złożoności produkcji i niekonwencjonalnych geometriach strukturalnych. Prezentujemy jednokrokową metodę nano-kirigami na miejscu, w której unika się przepisanych procedur wieloetapowych w tradycyjnych miroskopowych technikach kirigami lub origami. Nano-kirigami można łatwo wdrożyć poprzez cięcie in situ i wyboczenie zawieszonej złotej folii z zaprogramowanym napromienianiem wiązką jonów. Stosując równowagę naprężeń zależną od topografii, osiąga się precyzyjną transformację kształtu 3D, taką jak wyboczenie, obrót i skręcanie nanostruktur, co można przewidzieć za pomocą naszego mechanicznego modelowania. Korzystając z nanoskalowych funkcji skręcania w 3D, gigantyczną chiralność optyczną uzyskuje się w intuicyjnie zaprojektowanej strukturze przypominającej wiatraczek 3D, silnie kontrastującej z achiralnym prekursorem 2D bez nano-kirigami. Udowodnione nano-kirigami, a także egzotyczne nanostruktury trójwymiarowe mogą zostać przyjęte na szerokich platformach nanofabrykacji i mogą otworzyć nowe możliwości eksploracji funkcjonalnych mikro- / nanofotonicznych i mechanicznychurządzenia. " CD3D .

Zespół wyciął bardzo precyzyjny wzór w wolnostojącej nanofilmie ze złota wiązka jonowa (FIB), która była później używana do powolnego wciągania nanopatternu do złożonego kształtu 3D. Podczas napromieniowania FIB, zarówno heterogeniczne puste miejsca, jak i wszczepione jony wprowadzały naprężenia rozciągające i ściskające w celu wywołania tych sił ciągnących w nanofilmie. Zespół był w stanie stworzyć kilka wszechstronnych transformacji kształtu 3D w nanostrukturach, takich jak złożona rotacja, zginanie w dół i wyboczenie w górę oraz skręcanie, wykorzystując zależną od topografii równowagę naprężeń wewnątrz nanofilmu.

A Model teoretyczny został również opracowany przez naukowców, aby dokładniej wyjaśnić dynamikę gry podczas nano-kirigami. Podczas gdy poprzednie badania koncentrowały się bardziej na projektach intuicyjnych, model ten pozwoli innym badaczom z powodzeniem projektować nanogeometrię 3D w oparciu o pożądane funkcje optyczne.

Inne funkcjonalne próby wytwarzania urządzeń kirigami koncentrują się głównie wokół realizacji funkcji mechanicznych, zamiast optycznych i zastosował złożone procedury sekwencyjne. Ale nowa metoda tego zespołu dla nano-kirigami może wykonywać kilka funkcji optycznych i wymaga tylko jednego etapu wytwarzania.

Naukowcy stworzyli trójwymiarową strukturę, która nie jest podobna do wiatraczka, z gigantyczną chiralnością optyczną, jako dowód pojęcie. Nano-urządzenie, jak wyjaśniła Akademia, było w stanie osiągnąć "wydajną manipulację" kołowo spolaryzowanym światłem "praworęcznym" i "praworęcznym" i wykazało silne jednoosiowe efekty rotacji optycznej w długościach fal telekomunikacyjnych. "