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精確到50納米！納米級(jí)轉(zhuǎn)印技術(shù)為可穿戴紡織品鋪平道路

集萃印花網(wǎng) 2020-03-25 00:00:00

【集萃網(wǎng)觀察】

隨著柔性電子和可穿戴電子技術(shù)的發(fā)展，智能服飾已經(jīng)被應(yīng)用在了方方面面。通常的在智能服飾上的加工方法包括有掩模板的噴涂、浸涂和噴墨打印等。但是對(duì)于噴涂和浸涂在織物上圖案化加工微米甚至納米級(jí)別的圖形都不容易；噴墨打印技術(shù)加工到微米尺度圖案化相對(duì)容易，但是加工到納米尺度也是不能完成的。所以，如何發(fā)展出一套在織物服飾表面圖案化加工納米尺度的圖形方法將具有重要的意義。轉(zhuǎn)印方法已經(jīng)被報(bào)道用于柔性電子、傳感器、能量收集裝置以及顯示設(shè)備。通常的轉(zhuǎn)印技術(shù)實(shí)現(xiàn)需要先微納圖案化在供體襯底上，然后再轉(zhuǎn)移圖案化在接收襯底上。然而，一般的轉(zhuǎn)印方法通常對(duì)接收襯底的形貌和粗超度有嚴(yán)格的要求。所以，轉(zhuǎn)印技術(shù)很難將納米尺度的結(jié)構(gòu)圖案化在接收襯底上。

為了解決以上提到的局限性，韓國(guó)科學(xué)技術(shù)院Jun-Ho Jeong和Inkyu Park研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種基于簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)印方法：通過在具有水溶性的供體襯底上沉積納米結(jié)構(gòu)，然后在轉(zhuǎn)印步驟后溶解水溶性的供體基底，可以簡(jiǎn)單地把納米尺度精微結(jié)構(gòu)的功能材料納米結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)移在紡織材料基底上。此項(xiàng)工作題為：“Nanotransfer Printing on Textile Substrate with Water-Soluble Polymer Nanotemplat”，于2020年1月28日發(fā)表在最新的《 ACS Nano》上。

在此項(xiàng)工作中，Jun-Ho Jeong和Inkyu Park研究團(tuán)隊(duì)采用具有良好生物相容性和室溫下溶解性的透明質(zhì)酸作為供體基底；同時(shí)透明質(zhì)酸可高精度復(fù)制在硅片上加工好的納米結(jié)構(gòu)。首先，透明質(zhì)酸模具可以容易地制成納米線，納米點(diǎn)和納米孔等納米結(jié)構(gòu)的模具。其次：將各種金屬或SiO 2被沉積在有圖案的透明質(zhì)酸薄膜上。最后，把薄膜鋪在潮濕的紡織基材上，透明質(zhì)酸溶解，并且將設(shè)計(jì)好的納米結(jié)構(gòu)的功能材料轉(zhuǎn)移到紡織物材料表面。采用這種工藝，金屬或非金屬微/納米尺度的圖案可以轉(zhuǎn)移到任意非平面上織物的表面，同時(shí)保持其形狀。此方法加工的最小精度是50納米。

圖示一：借助水溶性高分子的納米轉(zhuǎn)印工藝(nTP-SP)轉(zhuǎn)印功能材料: (a) nTP-SP的機(jī)理和制備過程，(b)具有線寬的透明質(zhì)酸膜的SEM圖像， (c)斜向沉積金在透明質(zhì)酸膜上的SEM圖像， (d)原始織物SEM圖像，(e) 透明質(zhì)酸未完全溶解時(shí)轉(zhuǎn)移金圖案的SEM圖像，(f) SEM圖像: 將透明質(zhì)酸從纖維中完全去除后，轉(zhuǎn)移到Au圖案上。

目前，該方法已經(jīng)成功地在紡織品上制造Pd納米線行陣列氣體傳感器。潛在的應(yīng)用包括具有高度選擇性和靈敏度的氫氣傳感器。此外，并且此方法被證明是適合于安全大批量生產(chǎn)紡織品，因?yàn)樗嫒萘丝焖侔踩∷⒕哂泄怆姽δ艿膹?fù)雜納米結(jié)構(gòu)。這一過程可制備檢測(cè)H 2的具有實(shí)際應(yīng)用的有效性傳感器，有效生成具有結(jié)構(gòu)色彩的納米圖案，并能自我清潔。通過轉(zhuǎn)移二氧化鈦納米結(jié)構(gòu)的功能已經(jīng)得到了證實(shí)演示。所提出的納米化方法可以為各種功能的制造提供方便的途徑紡織品或紙張基板上的裝置，包括汗液傳感器，環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備、催化過濾器和紡織物基的超級(jí)電容器。

圖示二：nTP-SP工藝在制備檢測(cè)氫氣的Pd納米結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用:(a)氫氣感測(cè)原理圖，使用紡織襯底的傳感器;(b)納米結(jié)構(gòu)的L/S為200nm /200的SEM圖像，在織物襯底上制備納米材料; (c) 對(duì)于H2檢測(cè)的(ΔR / R 0 )響應(yīng)曲線;(d) 比較Pd納米粒子和薄膜轉(zhuǎn)移到紡織基板上的響應(yīng)曲線; (e)傳感器在不同相對(duì)濕度條件下對(duì)H2響應(yīng)(070%);(f)各種氣體(NO 2 、H 2 S、CO)的選擇性測(cè)試。

本文的第一作者是來自KAIST的Jiwoo Ko，通訊作者是KAIST的Jun-Ho Jeong教授和Inkyu Park教授。此項(xiàng)研究被韓國(guó)國(guó)家研究基金會(huì)(NRF)（MSIT; No. 2018R1A2B2004910）和韓國(guó)科學(xué)部資助（CAMM-No.2014M3A6B3063707).

來源：集萃網(wǎng)編輯部

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