마이크로

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 17931(2022) 이 기사 인용

1628 액세스

2 인용

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

표면에 다양한 패턴의 자성 나노입자를 생성할 수 있는 기회는 많은 기술 및 생물의학 응용 분야에서 매우 바람직합니다. 본 논문에서는 컴퓨터 제어 에어로졸 제트 프린팅(AJP) 기술을 사용하여 이 능력을 처음으로 시연했습니다. AJP는 다양한 기판에 다양한 재료를 고해상도로 직접 기록할 수 있는 다용도 직접 기록 증착을 제공하므로 다른 패터닝 기술에 비해 눈에 띄는 이점을 갖는 디지털 방식으로 구동되는 비접촉 및 마스크 없는 인쇄 프로세스입니다. 이 연구는 견고한 재료(유리)와 부드럽고 유연한 재료(폴리디메틸실록산(PDMS) 필름 및 폴리-L-락틱) 모두에 초상자성 산화철 나노입자(SPION)의 대면적, 미세 형상 패턴을 안정적으로 인쇄할 수 있는 AJP의 능력을 보여줍니다. 산(PLLA) 나노필름). 조사를 통해 20μm 영역의 형상 크기를 실현할 수 있는 영향력 있는 프로세스 변수가 식별되고 제어되었습니다. 이 방법은 넓은 영역에 걸쳐 자성 재료의 높은 수율과 신속한 패터닝을 허용하는 유연하고 반응성이 뛰어난 프로세스가 필요한 광범위한 응용 분야에 사용될 수 있습니다. 첫 번째 개념 증명으로 우리는 외부 자기장 기울기 제어 하에서 조작성이 향상되고 회전 및 굽힘과 같은 복잡한 동작을 수행할 수 있으며 소프트 로봇 공학 및 생체 의학 공학 응용 분야에 적용할 수 있는 패턴화된 자성 나노필름을 제시합니다.

자성 산화철 나노입자는 생물의학, 촉매작용, 에너지 및 환경 모니터링1,2,3,4,5,6,7과 같은 다양한 분야에서 다양한 잠재적 응용으로 인해 큰 주목을 받고 있습니다. 이 프레임워크 내에서 특정 원하는 기능을 달성하려면 기판 전체에 걸쳐 잘 정의된 패턴으로 자성 나노입자의 공간적 배열이 필요한 경우가 많습니다. 이는 여러 응용 분야에서 강조되지만 표면의 자성 나노 입자의 제어된 패터닝을 위한 효율적이고 효과적인 제조 방법의 개발은 여전히 ​​중요한 과제로 남아 있습니다8,9,10,11,12,13. 리소그래피 기술과 대류 자기 조립의 조합을 사용하여 일부 문제를 해결할 수 있습니다. 사진 및 전자빔 리소그래피8, 소프트 리소그래피9,10 및 딥펜 나노리소그래피11를 포함한 다양한 템플릿 기반 제조 프로세스는 현재까지 100nm 미만에서 마이크로미터 길이 규모의 크기로 자성 구조 패턴을 생성하는 데 사용되어 왔습니다. 그러나 이러한 방법에는 여러 처리 단계와 복잡한 계측이 필요하여 느리고 비용이 많이 들고, 템플릿 기반 특성으로 인해 대량 맞춤화와 반복적이고 높은 수율의 유연한 생산이 불가능해지는 등 몇 가지 고유한 제한 사항이 있습니다. 또는 잉크젯 인쇄12 및 레이저 직접 쓰기13와 같은 직접 쓰기 기술은 더 큰 단순성, 디자인 유연성, 빠른 프로토타이핑 및 재료 절약이라는 특성으로 인해 매력적입니다. 그러나 기존 형식에서는 50~100 µm 범위의 최소 피처 크기로 제한된 인쇄 해상도를 제공합니다.

이 연구에서는 다양한 기판에 미크론 규모의 자기 패턴을 생성할 수 있는 새로운 가능성을 제시할 수 있는 제조 공정으로 에어로졸 제트 프린팅(AJP)을 사용할 것을 제안합니다. AJP는 전자 부품, 액추에이터, 센서 및 조직 공학을 위한 구조화된 표면의 디지털 제조를 위한 광범위한 응용 분야에서 탐구된 새로운 비접촉식 직접 쓰기 기술입니다. AJP의 작동 원리는 1~5mm의 노즐-기판 오프셋에서 다양한 재료의 고해상도 인쇄(최저 10μm)에 집중 에어로졸을 사용하여 기존 구조, 다양한 표면 질감에 대한 패턴화를 허용하는 것입니다. , 곡면을 가로질러 채널18,19,20으로 들어갑니다. 잉크의 점도와 적용 분야에 필요한 인쇄 성능에 따라 초음파 또는 공압 분무를 사용할 수 있으며 넓은 점도 범위(1~1000cP)의 액체 재료를 인쇄할 수 있습니다. 현재까지 사용되는 재료의 예로는 폴리머, 금속 나노입자, 세라믹 및 단백질이 있습니다. 자성재료 분야에서는 Craton et al. 최근 마이크로파 패키징 응용을 위한 니켈-아연 페라이트 나노입자/폴리이미드 나노복합체의 증착을 위해 AJP의 사용을 보고했습니다.