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精確到50納米!納米級轉印技術為可穿戴紡織品鋪平道路
集萃印花網  2020-03-25

    【集萃網觀察】

    隨著柔性電子和可穿戴電子技術的發展,智能服飾已經被應用在了方方面面。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。但是對于噴涂和浸涂在織物上圖案化加工微米甚至納米級別的圖形都不容易;噴墨打印技術加工到微米尺度圖案化相對容易,但是加工到納米尺度也是不能完成的。所以,如何發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。轉印方法已經被報道用于柔性電子、傳感器、能量收集裝置以及顯示設備。通常的轉印技術實現需要先微納圖案化在供體襯底上,然后再轉移圖案化在接收襯底上。然而,一般的轉印方法通常對接收襯底的形貌和粗超度有嚴格的要求。所以,轉印技術很難將納米尺度的結構圖案化在接收襯底上。

    為了解決以上提到的局限性,韓國科學技術院Jun-Ho Jeong和Inkyu Park研究團隊開發了 一種基于簡單的轉印方法:通過在具有水溶性的供體襯底上沉積納米結構,然后在轉印步驟后溶解水溶性的供體基底,可以簡單地把納米尺度精微結構的功能材料納米結構的轉移在紡織材料基底上。此項工作題為:“Nanotransfer Printing on Textile Substrate with Water-Soluble Polymer Nanotemplat”,于2020年1月28日發表在最新的《 ACS Nano》上。

    在此項工作中,Jun-Ho Jeong和Inkyu Park研究團隊采用具有良好生物相容性和室溫下溶解性的透明質酸作為供體基底;同時透明質酸可高精度復制在硅片上加工好的納米結構。首先,透明質酸模具可以容易地制成納米線,納米點和納米孔等納米結構的模具。其次:將各種金屬或SiO 2被沉積在有圖案的透明質酸薄膜上。最后,把薄膜鋪在潮濕的紡織基材上,透明質酸溶解,并且將設計好的納米結構的功能材料轉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移到任意非平面上織物的表面,同時保持其形狀。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印工藝(nTP-SP)轉印功能材料: (a) nTP-SP的機理和制備過程,(b)具有線寬的透明質酸膜的SEM圖像, (c)斜向沉積金在透明質酸膜上的SEM圖像, (d)原始織物SEM圖像,(e) 透明質酸未完全溶解時轉移金圖案的SEM圖像,(f) SEM圖像: 將透明質酸從纖維中完全去除后,轉移到Au圖案上。

    目前,該方法已經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紡織品,因為它兼容了快速安全印刷具有光電功能的復雜納米結構。這一過程可制備檢測H 2的具有實際應用的有效性傳感器,有效生成具有結構色彩的納米圖案,并能自我清潔。通過轉移二氧化鈦納米結構的功能已經得到了證實演示。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,環境監測設備、催化過濾器和紡織物基的超級電容器。

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

    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。此項研究被韓國國家研究基金會(NRF)(MSIT; No. 2018R1A2B2004910)和韓國科學部資助(CAMM-No.2014M3A6B3063707).

來源:集萃網編輯部

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