نانوپرینت نوری ذرات کلوئیدی و ساختارهای کاربردی
Optical Nanoprinting of Colloidal Particles and Functional Structures
نانوفبریکیشن (ساخت ادوات الکترونیکی و نوری در مقیاس نانو)، یک فناوری مهم در نانوفناوری است و برای ساخت ادوات کاربردی در زمینه‌های کاری مختلف، به کار می‌رود. روش‌های متداول بالا-به-پایین مانند لیتوگرافی پرتو-الکترونی و لیتوگرافی پرتو-یونی متمرکز می‌توانند نانوساختارها را با کنترل دقیق اندازه و شکل تولید کنند. با این حال، این نوع روش‌ها با محدودیت‌هایی از نظر حجم نمونه، هزینه بالا، و ابزار پیچیده، مواجه هستند. علاوه بر آن، تکنیک‌های لیتوگرافی ذاتاً محدود به هندسه‌های صفحه‌ای و ساختارهای تک-عضوی هستند.
اخیرا، ذرات کلوئیدی زمینه جذابی را برای ساخت نانوساختارها فراهم کرده‌اند. سنتز شیمیایی امکان تولید ذرات کلوئیدی با اندازه و شکل دقیق و قابل کنترل، ترکیب‌های مختلف، و خواص بسیار مهم را میسر کرده است. بی نقص بودن کریستالینیتی در مقیاس اتمی امکان ساخت ادوات بسیار با کیفیت با حداقل عیوب مواد را نیز فراهم می‌کند. روش خود-آراستگی می‌تواند ساختارهای کلوئیدی را با قیمت پایین در الگوهای بزرگ مقیاس تولید کند. با این وجود، این روش محدود به ساختارهای کلوئیدی پایدار، است و کنترل دقیق در آن، چالش برانگیز است.
نانوپرینت نوری، یک روش جدید و جایگزین برای ساخت سوپرساختارها با استفاده از ذرات کلوئیدی به عنوان واحدهای ساختاری، است. پرینت نوری، استفاده از نور برای ایجاد تصویر، از اهمیت بالایی برخوردار است. پرینت نوری از قابلیت نور برای تغییر بار سطحی درام تصویرسازی استفاده می‌کند که در آن، نواحی ای که در معرض لیزر قرار گرفته اند، بدون بار خواهند. نانوپرینت نوری پتانسیل بسیار خوبی در ساخت نانوساختارهای چندجزئی دارد. با استفاده از انواع ذرات کلوئیدی به عنوان جوهر، نانوپرینت نوری امکان ساخت نانوساختارهای کاربردی برای کاربردهای نانوتکنولوژیکی مانند متامواد نوری، ادوات فتونیک، و دارورسانی را فراهم می‌کند.
در مقاله مروری ای که ارائه می‌شود، جدیدترین پیشرفت‌ها در زمینه نانوپرینت نوری ذرات کلوئیدی بررسی شده است. در این راستا، نیروهای نوری اعمال شده بر روی ذرات کلوئیدی می‌توانند به کار روند تا ذرات را نگه داشته و با دقت تک-ذره‌ای و با دقت بالا، به زیر لایه برسانند. علاوه بر نیروهای نوری، تلفیق نوری-مکانیکی تحت میدان الکتریکی کنترل شده با نور یا میدان دمایی، روشی برای دستکاری ذرات و پرینت ذرات کلوئیدی است. برای نمونه، تابش لیزر بر روی زیرلایه‌های حساس به نور، بارهای رسانایی موضعی را ایجاد می‌کند و نیروهای الکتروفورتیک یا دی-الکتروفورتیک می‌توانند در میدان الکتریکی حاصل، ذرات را به نواحی مطلوب زیرلایه برسانند.
یک مثال از نانوپرینت نوری با استفاده از نیروهای نوری: در این زمینه، از لیزر رزونانسی برای پرینت نوری مستقیم نانوذرات تکی طلا استفاده شده است به این ترتیب که در ابتدا، نانوذرات و زیرلایه، هردو عامل‌دار شدند تا بار سطحی یکسانی داشته باشند که از رسوب اتفاقی نانوذرات طلا جلوگیری‌کند. زمانی که لیزر ورودی با طول موجی برابر با رزونانس پلاسمون سطحی ذرات باشد، برهم کنش بهتر بین نانوذرات طلا و نور موجب ایجاد نیروهای نوری تقویت شده با پلاسمون می‌گردد. زمانی که نیروهای نوری بر دافعه الکترواستاتیک بین ذرات باردار و سطح غلبه می‌کنند، پرینت لیزری انجا می‌شود و ذرات از طریق برهم کنش‌های وان در والسی، بر روی سطح رونشین می‌شوند. از طریق بهینه سازی طول موج و توان نوری لیزر، محققین توانسته‌اند نانوذرات طلا به اندازه 100 نانومتر را بر روی مکان هدف با دقت 50 نانومتری، پرینت کنند.
گروه علمی و پژوهشی مهندسی و علم مواد (مترس-MatRes)