蘸筆納米刻蝕技術(DPN)于1999年由美國西北大學Chad A. Mirkin教授課題組發明，迄今已發展20余年，在化學合成、光學、催化、生物醫學等領域得到了廣泛的應用(Guoqiang Liu, Zijian Zheng, Chad A. Mirkin, et al. Chemical Reviews, 2020, 120, 6009-6047)。作為一種納米制造的新技術，DPN可以直接將有機小分子、聚合物、納米顆粒以及生物大分子等各種材料以圖案化的方式傳輸于各種基底，同時實現了結構的高分辨率和陣列圖案的任意性，也實現了大面積高通量的并行制備。一直以來，DPN技術專注于二維納米圖案的制備及應用，如何將DPN技術拓展到三維納米結構的構筑依然是一個挑戰。
基于此，近期香港理工大學鄭子劍教授和西北工業大學劉國強教授開發了一種三維納米制造新技術-三維蘸筆納米刻蝕技術(3D-DPN)，研究成果以題“3D Dip-Pen Nanolithography”發表于Advanced Materials Technologies 。該技術首先合成了一種能夠快速紫外固化且符合DPN傳輸條件的黏性聚合物，然后設計出點策略和線策略兩種制備途徑，將DPN過程和紫外光固化有機結合在一起，實現了三維納米圖形的構筑。3D-DPN將蘸筆納米刻蝕技術從二維納米圖案化發展到了三維納米結構構筑，很大程度上拓展了DPN的應用范圍。同時，3D-DPN可看作是一種微納米尺度的三維打印技術，其在結構高分辨、器件微型化、部件多組分等方面具有獨特的優勢。
圖1. 三維蘸筆納米刻蝕技術(3D-DPN)示意圖
圖2. 具有梯度尺寸的光固化聚合物點陣列的制備
圖3. 以點策略實現3D-DPN過程，從一維點陣列到二維線陣列，再到三維金字塔結構構筑
圖4. 具有梯度尺寸的光固化聚合物線陣列的制備
圖5. 以線為單元的結構構筑，從梯度尺寸的方框結構到不同尺寸的RFID結構構筑
圖6. 以線策略實現3D-DPN過程，從三維金字塔結構到三維復合結構的構筑
論文第一作者為西北工業大學材料學院劉國強教授，通訊作者為香港理工大學鄭子劍教授。
原文鏈接：Guoqiang Liu,Mingming Rong,Hong Hu,Lina Chen,Zhuang Xie,Zijian Zheng, 3D Dip-Pen Nanolithography. Adv. Mater. Technol. 2022, 2101493.
https://doi.org/10.1002/admt.202101493
作者簡介：
劉國強，西北工業大學教授，博導，2009年和2012年獲得湖北大學本科和碩士學位，2015年獲得中國科學院大學博士學位，導師劉維民院士和周峰教授，于2015年9月開始在香港理工大學鄭子劍教授課題組開展博士后研究，于2019年加入西北工業大學材料學院，入選翱翔海外學者計劃和陜西省高層次人才青年項目，以第一或通訊作者已在Chem. Rev., Adv. Mater., Small, Adv. Mater. Technol., Chem. Eng. J., ACS Macro Lett., Chem. Commun., ACS Appl. Mater. Interfaces等國際期刊上發表SCI論文30余篇。主要研究方向包括聚合物基功能潤滑材料、仿生和生物潤滑材料、表面納米圖案化和三維納米制造等。
鄭子劍，香港理工大學教授。1999-2003年清華大學化工系本科；2007年英國劍橋大學化學系及納米中心博士，研究領域為高分子科學及有機光電子學（導師Prof. Wilhelm T. S. Huck）；2008-2009年美國西北大學納米中心博士后，研究納米制造（導師Prof. Chad A. Mirkin）。2009年加入香港理工大學任助理教授，2013年破格晉升為終身副教授，2017年再次破格晉升為正教授。研究領域包括材料表界面科學，納米制造，新型柔性材料，柔性電子應用（包括傳感器、鋰電池、太陽能電池、超級電容器等），其在Science，Nature Materials，Nature Communications，Advanced Materials，Advanced Energy Materials，JACS，Angewandte Chemie等高影響因子期刊上發表論文130余篇，擁有國內外專利20余項，榮獲十多項國際大獎。近年擔任Wiley新旗艦期刊EcoMat主編，Advanced Materials和Small的客座編輯，Advanced Energy Materials編委，并當選（首批）香港青年科學院科學家（45歲以下香港科學家最高榮譽）。2020年當選為長江學者講座教授。
