論文題目：Metal 3D nanoprinting with coupled fields
發表期刊：Nature Communications IF: 17.69
DOI：https://doi.org/10.1038/s41467-023-40577-3【前言】
3D納米金屬結構陣列在納米光學，納米電學等領域有著非常巨大的研究價值。由于納米金屬結構陣列的每一個單元的結構尺寸都為納米級，結構尺寸小于入射光光源的波長，因此能夠對光和物質間的相互作用進行更深入的研究。傳統的納米金屬結構制造方法主要依賴于光刻技術，該技術在選擇可加工材料方面比較受限，結構的制備周期較長，同時僅能制備平面圖案和結構。
近日，上海科技大學課題組通過將流場與電場進行耦合，實現了在納米尺度上的金屬結構3D打印。通過調整電場和流場，可實現不同幾何構型的納米金屬結構的制備。該方法可在20分鐘內在4 X 4 mm2的范圍內制備3D納米金屬結構陣列，其制備的最細金屬結構線寬僅為14 nm。此外，課題組通過調節打印時的原材料，實現了從單一3D納米金屬結構打印，到合金3D納米金屬結構制備。該工作以Metal 3D nanoprinting with coupled fields為題，發表于Nature Communications上。
本文中，不同間距的圖案化結構樣品是由小型臺式無掩膜直寫光刻系統- MicroWriter ML3制備而成，該設備的結構小巧緊湊(70 cm x 70 cm x 70 cm)、無需掩膜版、高直寫速度以及高分辨率等特點，為本實驗3D納米金屬結構的制備做出了關鍵的方案支撐。
小型臺式無掩膜直寫光刻系統- MicroWriter ML3【圖文導讀】
圖1. 3D金屬納米打印過程中電場與流場的耦合。（a）在制備3D金屬納米結構過程中，流場與電場間的耦合示意圖。（b）電場和流場耦合后電場分布模擬結果。（c）電場和流場耦合模擬的放大圖。（d）和（e）3D金屬納米結構打印的SEM結果。（f）金納米顆粒的粒徑分布圖。圖中灰色部分代表了五次測量結果的誤差分布情況。（g）金納米顆粒隨著電場和流場的粒徑分布變換結果。（h）制備的納米結構在FIB加工前后的SEM結果。（i）可制備彎曲角度為105°的納米結構。（j）可制備寬度為25 nm的結構。（k-l）寬度為14 nm的金線結構。（n-m）制備符合金屬納米結構。（o）為能譜分析。
圖2. 不同電壓下的電場分布圖。（a）利用光刻膠獲得局部電場的示意圖。（b）通過SEM表征，所制備出的納米結構顯示出鏡面對稱性。（c）電壓緩沖區高度與絕緣區域間距的關系。（d）不同絕緣間距條件下，不同電壓所產生的電壓緩沖區域高度。（e-i）電壓為400V，500V，600V，700V和800V條件下的3D打印納米結構。圖中比例尺為5 μm。
圖3. 通過耦合場3D打印的方式利用不同金屬材料制備周期性納米結構的SEM表征結果。圖中所有比例尺為5 μm。
圖4. 3D納米結構的能譜分析。圖中的比例尺均為1 μm。
圖5. 通過耦合場的方法制備混合3D結構的SEM成像和能譜分析結果。圖中的比例尺為1 μm。
【結論】
上海科技大學課題組，通過流場與電場耦合的方式實現了在納米尺度上對金屬納米結構的3D打印。通過調節電場電壓，實現了不同幾何構型的3D納米金屬結構的打印。從文中可以看到，除了調節電場電壓外，作者為了獲得不同的3D納米金屬結構，還使用了MicroWriter ML3小型臺式無掩膜直寫光刻系統在硅基底上制備了不同間距的圖案化結構，從而獲得不同幾何形狀的3D納米金屬結構。從論文中不難看出，MicroWriter ML3小型臺式無掩膜直寫光刻系統可以根據科研的實際需要，迅速地制備出相關微納結構，保證了實驗的順利進行，為通過耦合場的方式打印3D納米金屬結構的研究提供了堅實有力的支持。
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