自從世界上首支3D打印筆3Doodler上市到現(xiàn)在也有一年的時間了，不過大部分人還只是拿它做一個有趣的工具玩玩而已，因為它所能發(fā)揮的作用比起一般的3D打印機而言其實還是有限。不過近日，韓國的一群科學(xué)家開發(fā)出了一種新型的3D打印筆，這種打印筆的科技含量就高得多啦，它可以實現(xiàn)納米級的3D打??！

        來自韓國高麗大學(xué)的Seongpil Hwang以及他領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊制造出了這款令人印象深刻的新設(shè)備。

        “據(jù)我們所知，我們的水凝膠3D打印筆是一種首創(chuàng)。”Hwang介紹這臺設(shè)備時說。“不過，我們還是受到三種技術(shù)的啟發(fā)：美國西北大學(xué)Chad Mikin開發(fā)的蘸筆光刻（dip-pen lithography）技術(shù)；英國Warwick大學(xué)Patrick Unwin開發(fā)的納米吸量管（nanopipettes）；以及美國哈佛大學(xué)Jennifer Lewis開發(fā)的微噴嘴（micro-nozzels）技術(shù)。”

        雖然嚴格來說，這并不算第一款3D打印筆，但它肯定是第一個在納米尺度工作的類似設(shè)備。這款筆的尖端有一個微觀的水凝膠金字塔，其最尖端被浸泡在電化學(xué)反應(yīng)驅(qū)動的電解液里。據(jù)了解，它的工作原理是水凝膠的尖端和超微電極之間形成一個納米級的接觸面。有一個納米定位系統(tǒng)來確保這款3D打印筆在應(yīng)用時的精度，并以規(guī)范在進行電鍍時的法拉第吸附反應(yīng)。

        這種納米級的3D打印筆可以創(chuàng)建尺寸小于100納米的3D結(jié)構(gòu)。Hwang和他的團隊在測試時用這臺設(shè)備成功地將十分細微的鉑金沉積到了黃金電極上。

        Hwang在論文中稱，這款3D打印筆可以作為納米空間電化學(xué)反應(yīng)的一種有用的工具：

        “我們的水凝膠筆可以在局部的電化學(xué)反應(yīng)中作為納米吸量管（nanopipettes）的一種獨特的替代品。它很便宜，而且分辨率很高。水凝膠筆其實是一個微觀的水凝膠金字塔，其尖銳的頂部被限制在納米尺度區(qū)域內(nèi)，并含有電解質(zhì)以用于電化學(xué)反應(yīng)。水凝膠筆尖和一個宏觀電極表面之間的接觸產(chǎn)生了納米尺度的電化學(xué)反應(yīng)區(qū)域。因此我們將此筆稱為“電化學(xué)反應(yīng)水凝膠筆”（HYPER）。”

        通過這種電沉積的方法，科學(xué)家們能夠以更便宜、環(huán)保、可靠的手段創(chuàng)建3D薄膜。傳統(tǒng)的電沉積技術(shù)只能創(chuàng)造相當與一維的納米線，但通過使用這種水凝膠筆技術(shù)，生成三維的納米幾何體指日可待。此外，水凝膠筆是常用的玻璃納米吸量管的很好替代品，因為水凝膠筆的制造要比玻璃納米吸量管稍微簡單點，而且能夠生成高精度的幾何形狀。

通過水凝膠筆生成的納米級鉑金形狀

      來自世界各地的材料科學(xué)家對于這一新技術(shù)的應(yīng)用潛力都很有興趣。其中就包括牛津大學(xué)的Harish Bhaskaran博士，他說：“3D增材納米制造是關(guān)于納米級元件快速原型的下一個前沿技術(shù)。”Bhaskaran并沒有參與開發(fā)這個水凝膠筆，他繼續(xù)說道：

        “在這個尺度上還有許多的挑戰(zhàn)，比如控制功能、這些筆的長期可靠性等，都將影響到這個產(chǎn)品在未來發(fā)揮的作用。然而，這是重要的第一步，相當有趣，因為該技術(shù)是可擴展的。”

        水凝膠筆是借助于其頂端的金字塔形狀生成穩(wěn)態(tài)電流，并形成比當前能夠達到的水平小得多的尺度。參與的科研團隊在其研究的最終形成了幾個結(jié)論：

        “這是首次用水凝膠筆在納米尺度上探索電化學(xué)過程和生成3D金屬結(jié)構(gòu)。電化學(xué)反應(yīng)水凝膠筆（HYPER）在簡單、電極尺寸、可再現(xiàn)性和成本等方面與以前的方法相比均有顯著的優(yōu)勢。與HYPER相關(guān)的理論表明其電化學(xué)行為類似于一個典型的超微電極。我們已經(jīng)展示，可以使用HYPER通過電沉積來實現(xiàn)納米級的3D打印。局部電化學(xué)的HYPER研究將為電化學(xué)、納米科學(xué)、3D打印和SPM帶來新的機遇。”