Nanowerk News)Kirigami(也称“剪纸”或“剑之”)是中国最传统的民间艺术之一。它广泛用于窗户装饰,礼品卡,节日和仪式等.Kirigami涉及将扁平物体切割和折叠成3D形状。最近,这种古老技术的技术已被用于各种科学和技术领域,包括太阳能电池阵列,生物医学装置和微/纳机电系统(MEMS / NEMS)的设计。

中国科学院物理研究所(IOP)的李家芳博士最近成立了一个国际团队,将kirigami技术应用于先进的3D纳米加工。

纸张中的宏观剪纸和80纳米厚的金色薄膜中的纳米kirigami。

受到传统的中国kirigami设计的启发,该团队开发了一种直接的纳米kirigami方法,用于纳米尺度的平膜。他们利用聚焦离子束(FIB)代替刀/剪刀在独立的金纳米薄膜上切割出精确的图案,然后使用相同的FIB而不是手,将纳米图案逐渐“拉”成复杂的3D形状。

在FIB辐射期间,由金属纳米薄膜内的异质空位(引入拉伸应力)和注入的离子(引入压缩应力)引起“拉”力。

通过利用纳米薄膜内的形貌引导的应力平衡,精确地实现了多向3D形状变换,例如向上弯曲,向下弯曲,复杂旋转和纳米结构的扭曲。

地形引导纳米kirigami和机械建模。

虽然之前创建功能性kirigami设备的尝试使用了复杂的顺序程序,并且主要旨在实现机械而非光学功能,相反,这种新的纳米kirigami方法可以在单个制造步骤中实现并且可以用于执行一些光学功能。

对于概念验证演示,该团队制作了具有巨大光学手性的3D风车状结构。纳米器件实现了对“左手”和“右手”圆偏振光的有效操纵,并且在电信波长中表现出强的单轴光学旋转效应(Science Advances,“具有巨大光学手性的Nano-kirigami”)。

通过这种方式,该团队展示了纳米力学和纳米光子学两个领域之间的多学科联系。这可能代表了新兴的kirigami研究的全新方向。

具有巨大光学手性的纳米kirigami结构的功能设计。

该团队还开发了一个理论模型来阐明纳米kirigami制造过程中的动力学。这具有重要意义,因为它允许研究人员根据所需的光学功能设计3D纳米几何。相比之下,以前的研究很大程度上依赖于直观的设计。

换句话说,就几何设计而言,nano-kirigami提供了一种智能的3D纳米加工方法,超越了传统的自下而上,自上而下和自组装纳米加工技术。

其概念可以扩展到广泛的纳米加工平台,并可以实现用于传感,计算,微/纳机电系统或生物医学设备的复杂光学纳米结构。

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