麻省理工《Science》子刊：一种在表面精确排列纳米颗粒的技术！|science|毛细管|等离子体|粒子|纳米|纳米级

将单个确定的、原始的和可扩展的纳米颗粒集成到任意表面，是一个持续的挑战，但对于利用它们的独特特性来实现功能性纳米级器件是必不可少的。

为了解决这一挑战，来自美国麻省理工学院的FarnazNiroui等研究者，提出了一种多功能技术，通过单一的接触-释放步骤，将组装在一个模板中的空间排列纳米颗粒打印到不同的表面，具有>95%的转移率和<50纳米的放置精度。相关论文以题为“Nanoparticle contact printing with interfacial engineering for deterministic integration into functional structures”发表在Science Advances上。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq4869

通过自下而上的合成，纳米颗粒具有量身定制的结构、成分和功能化，具有优于自上而下合成的纳米颗粒的独特性能。为了将这些特性应用到功能性纳米器件中，单个粒子需要集成到确定性设计中。为此，人们开发了各种定向组装技术，通过外力或局部化学和物理线索引导精确的粒子放置。案例包括：光，磁和静电捕获，DNA介导的模式，介质电泳定位，和毛细管组装。然而，由于这些技术依赖于特定的粒子特性和表面处理，它们与任意系统不兼容，通常缺乏高通量处理。与设备集成的底层表面连接是另一个挑战，因为表面修改、损坏和污染，通常是不可避免的。因此，目前仍缺乏一种可扩展的、精确的纳米颗粒，在大面积内形成多样化和原始结构的方法。

在此，为了满足这一需求，研究者提出了纳米颗粒接触打印，这是一种两步技术，通过该技术，粒子图案在不同的表面具有高保真度，位置精度和均匀性。在第一步中，研究者利用毛细管组装提供的处理灵活性来实现单粒子空间排序(图1A)。在这一步中，对颗粒类型不敏感的毛细力，可以选择性地将纳米颗粒固定到地形定义的目标位置。虽然毛细管组装可以定位不同的材料，但它本身不能与功能设备和系统轻松集成。该技术依赖于湿法处理，可能会损坏或将污染物引入接收表面。此外，组装的粒子在定位后往往部分嵌入模板中，使它们无法进一步集成到活性结构中。为了消除粒子-模板接触，热去除聚合物模板已被证明。然而，所需的高温，可能阻碍使用温度敏感的纳米颗粒和基板的应用。研究者通过第二步减轻了这些限制，在第二步中，将图案粒子干燥-转移到所需的表面(图1A)。

图1 纳米颗粒接触打印精确，可扩展和原始的粒子图案。

通过界面相互作用的工程，研究者的方法独特地促进了单个粒子的高产转移，而不需要溶剂、表面处理和聚合物牺牲层，而这些通常是不可避免的。通过避免这些中介步骤，表面可以保持无损和无污染，并可与功能结构集成。研究者在一个镜面上粒子模型系统中演示了这一点，其中，>2000精确定义的纳米腔，显示了一致的等离子体响应和最小的结构间变异性。通过制造发射耦合纳米腔阵列，研究者进一步强调了接触打印提供的集成机会。