Forscher aus Südkorea haben an einer Optimierung des Nano-3D-Drucks gearbeitet. Die Forschung zielte darauf ab, transparente Nanoelektroden mit hoher optischer Transmission und kontrollierbarer Leitfähigkeit für hohe und schmale Objekte im 3D-Druckverfahren herstellen zu können. Wir haben uns die Forschungsarbeit einmal genauer angesehen.

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Institute for Basic Science LogoForscher am Center for Soft and Living Matter (CSLM) des Institute for Basic Science (IBS, Südkorea) haben eigenen Angaben zufolge weitere Verbesserungen beim 3D-Nanodruckprozess erzielt. Ihnen sei es gelungen selbst gestapelte, hohe, schmale und präzise Nanostrukturen mit einem 3D-Drucker herzustellen.

Die dazu veröffentlichte Arbeit mit dem Titel „Improved 3D nanoprinting technique to build nanoskyscrapers“ zeigt, dass das Verfahren auch transparente Nanoelektroden mit hoher optischer Transmission und kontrollierbarer Leitfähigkeit möglich macht. Im Oktober hatten das Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) und die University of Hongkong bereits ein „ultraschnelles“ 3D-Druckverfahren für Nano-Objekte vorgestellt.

Nahfeld-Elektrospinntechnik (NFES)

Bei der Nahfeld-Elektrospritztechnik (NFES) ist eine über einer Plattform hängende Spritze mit einer Polymerlösung gefüllt. Diese sammelt ausgestoßene Nanofasern und kann je nach Form des gewünschten Endprodukts nach links und rechts hin und her bewegt werden. Spritze und Plattform haben entgegengesetzte Ladungen, sodass der aus der Spritzennadel austretende Polymerstrahl von der Plattform angezogen wird und eine durchgehende Faser bildet, die sich auf der Plattform verfestigt. Die elektrogesponnenen Strahlen sind schwer handzuhaben, weshalb diese Technik auf zweidimensionale Strukturen oder hohlzylindrische dreidimensionale Strukturen beschränkt war, oft mit Faserdurchmessern von einigen Mikrometern.

Nahfeldelektrospinntechnik
Als Beispiel für eine mögliche Anwendung für Nanostrukturen stellten die Forscher 3D-Nanoelektroden mit versilberten Nanowänden her (Bild © IBS).

Die Polymerlösung wurde von den IBS-Forschern um eine geeignete Konzentration an Natriumchlorid (NaCl) ergänzt, damit eine bessere Kontrolle der Nanofaserablagerung auf der Plattform erreicht wird. Dadurch wurde die spontane Ausrichtung übereinandergestapelter Nanofaserschichten zur Bildung von Wänden sichergestellt. Studienautor Yoon-Kyoung Cho erklärt, dass Salz dabei half, gestapelte Nanofasern mit mehreren Designs unter Verwendung der herkömmlichen Elektrospinntechniken zu bauen. Durch den Spannungsunterschied zwischen der Spritze und der Plattform werden positive Ladungen in der Polymerlösung erzeugt. Bringt man Salz auf die Polymerlösung, wird Ladungsableitung verbessert. Das führt zu einer höheren elektrostatischen Anziehungskraft zwischen dem Nanofaserstrahl und den auf der Plattform abgelagerten Fasern.

Denkbare Anwendungsfelder

So sind hohe und schmale Nanowände mit einer minimalen Breite von etwa 92 Nanometern und einer maximalen Höhe von 6,6 Mikrometern möglich. Weiter entstanden eine Vielzahl von 3D-Nanoarchitekturen wie gekrümmte Nano „Klettergerüste“, Nanowand-Arrays und Nanobrücken mit steuerbaren Abmessungen. Als Beispiel für eine mögliche Anwendung für Nanostrukturen stellten die Forscher 3D-Nanoelektroden mit versilberten Nanowänden her. Diese waren in transparente und flexible Polydimethylsiloxan (PDMS) -Folien eingebettet.

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