Die additive Fertigung, besser bekannt als 3D-Druck, hat einen neuen Meilenstein erreicht, der für zahlreiche Technologiefelder von Bedeutung sein könnte. Ein Forscherteam um Whenxin Zhang von der Lund University in Schweden hat unter dem Titel „Suppressed Size Effect in Nanopillars with Hierarchical Microstructures Enabled by Nanoscale Additive Manufacturing“ eine innovative Methode zur Herstellung von Nickel-Nanopfeilern vorgestellt. Diese Methode könnte die Herstellung von nano-großen Strukturen revolutionieren, die in Bereichen wie Katalysatoren, Photonik und Nanorobotik von großer Bedeutung sind.
Herausforderungen und Innovation in der Nanofertigung
Die Erzeugung von Nanostrukturen stellt seit jeher eine Herausforderung dar. Bisherige Methoden, wie die Dealloyierung (Entzinkung), fokussierte Ionenstrahlen oder templatierte Elektroabscheidung, hatten jeweils spezifische Nachteile. Die von Zhang und seinem Team entwickelte Methode nutzt einen laserbasierten Lithografieprozess, die sogenannte Zwei-Photonen-Absorption. Diese Technik ermöglicht es, mit einem Femtosekundenlaser äußerst präzise und mit minimaler Beeinträchtigung des umgebenden Materials zu arbeiten.
Der Prozess: Von Hydrogel zu Nickel-Nanopfeilern
Die Methode beginnt mit dem Drucken von Nanopfeilern in einem Hydrogel-Polymer mittels des Zwei-Photonen-Absorptionsverfahrens. Anschließend wird das nun strukturierte Polymerhydrogel in eine Nickel(II)-nitrat-Lösung getaucht, um es mit Nickel zu imprägnieren. Nach dem Trocknen wird das Polymer in einem Ofen verbrannt, wobei nur die porösen Nickel-Nanopfeiler zurückbleiben.
Überlegene Stabilität der Nanopfeiler
Tests zeigten, dass diese Nanopfeiler robuster sind als ähnliche Strukturen, die mit anderen Methoden hergestellt wurden. Dies wird vermutlich auf die weniger geordnete interne Struktur jedes Pfeilers zurückgeführt. Aufgrund dieser Ergebnisse ist es wahrscheinlich, dass der gleiche Ansatz auch für andere Arten von Nanostrukturen verwendet werden könnte.
Zukünftige Anwendungen und Auswirkungen
Diese Entdeckung könnte weitreichende Implikationen haben. Die Möglichkeit, robuste Nanostrukturen effizient und reproduzierbar herzustellen, eröffnet neue Wege in der Entwicklung fortschrittlicher Materialien und Technologien. Die Anwendungen reichen von verbesserten Katalysatoren über fortschrittliche photonische Geräte bis hin zu innovativen Ansätzen in der Nanorobotik.