微纳金属3D打印技术应用：AFM探针？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-05-13 16:22 标签： 金属探针

3D生物打印技术在复杂结构和多细胞组织器官构筑方面具有不可替代的优势。生物3D打印墨水日益成为制约3D打印组织工程领域发展的瓶颈，其可打印性和物化性能，对细胞行为和命运的调控是构筑组织器官，实现再生的关键。水凝胶是含大量水的三维交联网络材料，具有类细胞外基质的特征，可用于生物3D打印。然而，水凝胶材料存在凝胶-溶胶转变慢、支撑强度弱等问题，打印精度和结构稳定性有待改善。光交联、增稠剂或支持浴等策略可部分地解决这些难题，但增加了打印工艺的复杂程度，增大了生物毒性等风险。解决水凝胶材料可打印性与结构稳定性之间的矛盾，实现温和条件下的快速打印，构筑高精度仿生组织工程支架，是生物3D打印领域亟待解决的关键科学问题。

中山大学付俊教授团队发明了由微凝胶生物3D打印墨水，研究发现，微凝胶可通过氢键组装为宏观水凝胶(bulk hydrogel)，具有典型的触变性能、快速自愈合性能和一定的机械强度，可在常温条件下直接打印构筑复杂组织工程支架(图1)。

编者按：本文转载自微信公众号 ，作者：老酒高分子


微纳金属3D打印是在原子力显微镜平台上通过微流控制技术和电化学的方法实现微纳金属3D结构成型。可以在70微米的成型空间相当于人的头发丝截面内完成打印，且具备一定的机械性能。可实现2微米细节，可打印材料包括金，银，铜，铂等。


在直径0.06mm的头发上进行金属3D打印相信很多人听了都觉得不可思议无法完成，什么机器可以完成在头发丝上进行打印？现在跟大家介绍一下这款亚微米分辨率的金属 3D打印机， 由Exaddon AG开发的CERES系统可在环境条件下直接3D打印金属。该系统通过增材制造来构建亚微米分辨率的复杂结构，从而在微电子，MEMS和表面功能化等领域开辟了新视野。


CERES系统的示意图。该系统由直观的操作员软件控制，位于防震台上。控制器硬件位于桌子下方。



逐个体素和逐层执行打印过程，该过程允许90° 悬垂结构和独立式结构。金属打印工艺是基于体素的。体素定义为基本3D 块。体素以定义的坐标逐层堆叠，形成所需的2D或3D

几何形状。没有支撑结构的独立式结构和90°悬垂角度是可行的，带来了真正的设计自由度。通过离子尖偏转的实时反馈使打印过程自动化。当体素到达完成时，体素的顶侧与尖端相互作 用，使悬臂偏转微小量。该过程非常类似于以接 触模式运行的AFM悬臂。如果达到用户定义的偏转阈值，则将体素视为已打印。然后将尖端快速 缩回至安全的行进高度，然后移至下一个体素。

悬臂的体素坐标，打印压力和挠曲阈值在csv文件中指定。该文件已加载到打印机的操作员软件中。csv文件由Exaddon提供的设计助手（即所谓的Voxel Cloud Generator）生成。或者，可以通过任何能够导出纯文本文件的第三方软件来生成文件。


建立， 用于打印结构的电化学装置。稳压器施加电压以控制还原反应。体素由离子溶液构成，通过微流体压力控制器将离子溶液从离子尖端中推出，该微流体压力控制器以小于1mbar的精度调节施加的压力。在恒电位仪施加的适当电压下，还原反应将金属离子转化为固体金属。客户定义的离子溶液以及Exaddon提供的离子墨水可用于保证打印质量。离子溶液的一个例子是硫酸铜（CuSO4）在硫酸 （H2SO4）中的溶液。在工作电极上发生以下反 应：Cu2 +（aq）+ 2e-→Cu（s）。


像大多数电镀技术一样，电解池也需要导电液槽才能工作。在这种情况下，打印室将在pH = 3的水中充满硫酸，以使电流流动。对于在其上发生沉积的工作电极需要导电表面。稳压器控制用户定义的电位，并通过石墨对电极在电化学电池中提供电流。Ag / AgCl参比电极用

于测量工作电极电势。将所有电极浸入支持电解质中。两个高分辨率摄像头（顶视图和底视图）可实现离子头装载，打印机设置和打印结构的可视化。内置了计算机辅助对齐功能，可以在现有结构上进行打印。用于在例如芯片表面上预定义的电极上打印。该软件在打印期间和之后向用户提供每个体素遇到的成功，失败或困难的反馈。CERES系统还执行其他过程，例如2D纳米光刻和纳米颗粒沉积。该系统开放且灵活，因此用户也可以设计定制的沉积工艺。CERES系统是用于学术和工业研究的有前途的工具。它在微米级金属结构的增材制造中提供了空前的成熟度和控制能力。

目前微纳金属3D打印更多应用在微纳米加工、微纳结构研究、太赫兹芯片、微电路修复、微散热结构、微米高频天线、微观雕塑等领域，让这些领域中很多不可能变成了可能。更多关于3D打印的介绍请搜索关注云尚智造，欢迎您来咨询交流。

特别声明：以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布，本平台仅提供信息存储服务。

近年来，微米尺度金属增材制造技术得到了快速的发展，并广泛应用于光学、微机器人、微电子学等领域。目前，微米尺度3D金属结构可以采用聚焦电子/离子束诱导沉积、激光感应光致还原等3D打印技术直接制备而成，或者采用双光子聚合3D打印技术结合电镀技术多步制备而成。其中，基于金属离子局部电化学还原反应的电化学沉积技术被认为具有极大的优势：该技术无需进行任何后处理，而且可制备致密性好、导电、无污染的金属样件。然而，如何在保持打印分辨率的情况下提高打印速率是该技术面临的一个难题。

本研究论文是基于中空原子力显微镜(AFM)悬臂梁的金属电化学沉积3D打印系统，在保持电场电势和体素高度不变的情况下，研究了施加压力和喷嘴直径对体素水平尺寸的影响。研究结果发现，在打印过程中保持喷嘴直径不变，针对施加压力的实时调整可以实现体素面积两个数量级的跨越，并且通过改变施加压力，使用孔径为500nm的喷嘴成功制备了四根线径不同的铜线圈。基于以上研究，该技术通过精确调整体素尺寸不仅可以实现同一打印样件从亚微米级到亚毫米级的跨尺度制作，而且还可以显著提高打印速率。该技术使用铜作为金属打印材料，但同样适用于其他电镀金属。

① 凡本网注明"来源：仪器信息网"的所有作品，版权均属于仪器信息网，未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用。已获本网授权的作品，应在授权范围内使用，并注明"来源：仪器信息网"。违者本网将追究相关法律责任。

② 本网凡注明"来源：xxx（非本网）"的作品，均转载自其它媒体，转载目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责，且不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。如其他媒体、网站或个人从本网下载使用，必须保留本网注明的"稿件来源"，并自负版权等法律责任。

③ 如涉及作品内容、版权等问题，请在作品发表之日起两周内与本网联系，否则视为默认仪器信息网有权转载。

我要回帖

更多关于 金属探针 的文章

 

随机推荐