黑科技!瑞士科学家3D打印出厚度仅5纳米的传感器

研究微观3D打印已经成为了一种全球性的趋势,近日,瑞士洛桑理工学院(EPFL)又在这方面取得了新进展 — 他们成功3D打印出了一个厚度仅有5纳米的传感器!而这种传感器据说可以大幅提高原子力显微镜的性能,具体来说是提高灵敏度和检测速度。

先来简单了解一下原子力显微镜。它是一种用来研究包括绝缘体在内的固体材料表面结构的分析仪器,原理是通过检测待测样品表面和一个微型力敏元件之间极微弱的原子间相互作用力来分析物体的表面结构和性质。具体操作时,将一对微弱力极端敏感的微悬臂一端固定,另一端的微小针尖接近样品,这时它们之间就会产生相互作用,作用力将使得微悬臂发生形变或运动状态发生变化。扫描样品时,利用传感器检测这些变化,就可获得作用力分布信息,从而以纳米级分辨率获得表面形貌结构信息及表面粗糙度信息。

据南极熊了解,要提高原子力显微镜的性能,最好的方法之一就是缩小它的悬臂,因为这将减少惯性,而EPFL制造这个5纳米厚传感器所用的纳米3D打印技术刚好可以做到这一点 — 它甚至可以将悬臂缩小100倍!

这个5纳米厚的传感器是EPFL通过与歌德大学(Goethe Universität)Michael Huth教授的实验室合作完成的,主体是高导电的铂纳米颗粒,外部则被绝缘的碳基体包裹。正常情况下,碳是可以阻挡住电子的,但在纳米尺度上,这种情况就会被量子效应改变 — 电子会不可思议地穿过绝缘材料,瞬间从一个纳米颗粒转移到另一个纳米颗粒上。于是,当传感器的形状改变时,纳米粒子彼此间的距离就会变大,而电子在它们之间跳跃的次数也会随之减少,而由此形成的电流就透露了传感器的形变程度以及被测物体的组成。

目前,EPFL的研究者已经将这项研究写成了论文发表到了最新一期的《Nature Communications》杂志上,不过对于他们甚至整个科学界来说,制造这种纳米传感器的方法才是最重要的,因为通过这种方法可以精确控制目标的结构,而由此便可以控制它们的属性,而且这种技术十分有用,从生物传感器到汽车ABS传感器再到假肢或人造皮肤上的触觉传感器等都可以应用,请关注南极熊3D打印网。