Микро

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 17931 (2022) Цитировать эту статью

1628 Доступов

2 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Возможность создавать различные узоры магнитных наночастиц на поверхностях весьма желательна во многих технологических и биомедицинских приложениях. В данной статье эта способность впервые продемонстрирована с использованием технологии аэрозольной струйной печати (AJP), управляемой компьютером. AJP — это новый цифровой, бесконтактный и безмасочный процесс печати, который имеет отличительные преимущества перед другими технологиями нанесения рисунка, поскольку предлагает универсальное и высокоразрешающее нанесение прямого письма широкого спектра материалов на различные подложки. Это исследование демонстрирует способность AJP надежно печатать мелкомасштабные узоры суперпарамагнитных наночастиц оксида железа (SPION) большой площади как на жестком материале (стекле), так и на мягких и гибких материалах (пленках полидиметилсилоксана (ПДМС) и поли-L-молочных материалах). кислотные (PLLA) нанопленки). Исследование выявило и контролировало влиятельные переменные процесса, которые позволили реализовать элементы размером около 20 мкм. Этот метод можно использовать для широкого спектра применений, требующих гибкого и оперативного процесса, обеспечивающего высокую производительность и быстрое формирование рисунка магнитного материала на больших площадях. В качестве первого доказательства концепции мы представляем узорчатые магнитные нанопленки с улучшенной манипулируемостью под контролем градиента внешнего магнитного поля и которые способны выполнять сложные движения, такие как вращение и изгиб, с возможностью применения в мягкой робототехнике и биомедицинской инженерии.

Магнитные наночастицы оксида железа привлекают большое внимание из-за их широкого спектра потенциальных применений в различных областях, таких как биомедицина, катализ, энергетика и мониторинг окружающей среды1,2,3,4,5,6,7. В рамках этой концепции для достижения конкретных желаемых функций часто необходимо пространственное расположение магнитных наночастиц в четко определенных узорах на подложке. Это подчеркивается в нескольких приложениях, но разработка эффективного и действенного метода производства для контролируемого формирования рисунка магнитных наночастиц на поверхностях остается серьезной проблемой8,9,10,11,12,13. Для решения некоторых проблем можно использовать сочетание методов литографии и конвективной самосборки; различные производственные процессы на основе шаблонов, включая фото- и электролучевую литографию8, мягкую литографию9,10 и нанолитографию пером11, на сегодняшний день используются для создания моделей магнитных структур с размерами от менее 100 нм до микрометров. Однако этим методам присущи некоторые ограничения, в том числе необходимость выполнения нескольких этапов обработки и сложного оборудования, что делает их медленными и дорогостоящими, а их шаблонный характер делает невозможным массовую настройку и итеративное, высокопроизводительное и гибкое производство. В качестве альтернативы методы прямой записи, такие как струйная печать12 и прямое письмо с помощью лазера13, привлекательны из-за их большей простоты, гибкости конструкции, быстрого прототипирования и экономии материала. Однако в своем обычном формате они предлагают ограниченное разрешение печати с минимальным размером элемента в диапазоне 50–100 мкм12.

В этом исследовании предлагается использовать аэрозольную струйную печать (AJP) в качестве производственного процесса, который может открыть новые возможности создания магнитных рисунков микронного масштаба на различных подложках. AJP — это новая технология бесконтактной прямой записи, которая была исследована в широком спектре приложений для цифрового производства электронных компонентов, приводов, датчиков и структурированных поверхностей для тканевой инженерии13,14,15,16,17. Принцип работы AJP заключается в использовании сфокусированного аэрозоля для печати с высоким разрешением (до 10 мкм) различными материалами при смещении сопла от подложки 1–5 мм, что позволяет наносить рисунок на существующие структуры, различные текстуры поверхности. , по изогнутым поверхностям и в каналы18,19,20. В зависимости от вязкости чернил и требуемых характеристик печати для конкретного применения можно использовать ультразвуковое или пневматическое распыление, позволяющее печатать жидкими материалами в широком диапазоне вязкости (1–1000 сП). Примеры материалов, используемых на сегодняшний день, включают полимеры, наночастицы металлов, керамику и белки21,22,23,24,25,26,27. В области магнитных материалов Кратон и др. недавно сообщили об использовании AJP для осаждения наночастиц никель-цинкового феррита/полиимидных нанокомпозитов для применения в микроволновой упаковке28.