Forscher des California Institute of Technology (Caltech) haben eine 3D-Drucktechnik entwickelt, mit der sie metallische Nanostrukturen herstellen können, die erheblich fester sind als ihre makroskopischen Gegenstücke.
Die Methode basiert auf der Verwendung eines lichtempfindlichen Hydrogels, das mit einem Laser gehärtet und dann mit Metallionen imprägniert wird.
Diese Technologie könnte in der Herstellung von Katalysatoren, Elektroden und anderen nanotechnologischen Geräten Anwendung finden.
Neue Technik ermöglicht 3D-Druck von metallischen Nanostrukturen mit erstaunlicher Festigkeit.
Forscher des California Institute of Technology (Caltech) haben im Bereich des 3D-Drucks bedeutende Fortschritte erzielt, indem sie eine Technik entwickelt haben, mit der metallische Nanostrukturen so klein wie 150 Nanometer hergestellt werden können – vergleichbar mit der Grösse eines Grippevirus.
Diese Strukturen weisen eine drei- bis fünffach höhere Festigkeit auf als ihre makroskopischen Pendants. Diese Entdeckung, die in der Zeitschrift "Nano Letters" veröffentlicht wurde, eröffnet neue Perspektiven für die Entwicklung von Nanosensoren, Wärmetauschern und anderen nanotechnologischen Geräten.
Die leitende Autorin der Studie, Wenxin Zhang, erklärt: "Auf atomarer Ebene besitzen diese Nanomaterialien eine sehr komplexe Mikrostruktur. Auf makroskopischer Ebene würde solche atomare Unordnung zu erheblichen Mängeln führen und Materialien schwach und minderwertig machen. Auf Nanoskala hingegen wird diese Unordnung zu einem Vorteil, der die Festigkeit des Materials erhöht."
Die Nanomaterialtechnologie arbeitet mit einer lichtempfindlichen Mischung, die ein Hydrogel enthält, das dann mit einem Laser gehärtet wird, um ein 3D-Gerüst in Form der gewünschten Metallobjekte zu erstellen. In dieser Studie handelte es sich um eine Reihe von Mikrosäulen und Nanogittern. Die Hydrogelteile werden dann mit einer wässrigen Lösung, die Nickelionen enthält, imprägniert.
Sobald die Teile mit Metallionen gesättigt sind, werden sie verbrannt, bis das Hydrogel ausgebrannt ist. Die Teile bleiben in der gleichen Form wie das Original, sind jedoch verkleinert und bestehen vollständig aus nun oxidierten Metallionen (gebunden an Sauerstoffatome). Im letzten Schritt werden die Sauerstoffatome chemisch aus den Teilen entfernt und das Metalloxid zurück in seine metallische Form umgewandelt.
Dieser Prozess des 3D-Drucks von metallischen Nanostrukturen auf Nanoskala könnte bei der Herstellung verschiedener nützlicher Komponenten Anwendung finden, darunter Katalysatoren für Wasserstoff, Elektroden zur Speicherung von Ammoniak und anderen kohlenstofffreien Chemikalien sowie Schlüsselteile von Geräten wie Sensoren, Mikrorobotern und Wärmetauschern, erklärt Julia R. Greer, Professorin für Werkstoffwissenschaft, Maschinenbau und Medizintechnik am Caltech und Leiterin des Labors, in dem die Studie durchgeführt wurde.
Dieser Durchbruch hebt die ungewöhnlichen Eigenschaften der Materie auf Nanoskala hervor und leitet eine Revolution in der Entwicklung nanotechnologischer Geräte ein. "Die Physik auf Nanoskala ist wirklich seltsam, und je tiefer wir in diese Welt eindringen, desto häufiger stossen wir auf ungewöhnliche Gesetze", schliesst Zhang.
Dies erinnert daran, dass Wissenschaft und Technologie ständig Fortschritte machen und neue Möglichkeiten für den Einsatz von Nanomaterialien in verschiedenen Bereichen eröffnen, von der Medizin bis zur Raumfahrt.
.jpg)