ORNL新型仿真技術可實現更精確的納米3D打印
納米級3D打印技術一直是全球3D打印領域的前沿，該技術的突破足以對科技和工程領域的諸多方面產生顛覆性的影響。想象一下，如果人類能夠控制細菌那么大尺寸的對象的制造的話，那將帶來多少潛在的可能性？
迄今為止，科學家們在創建這種不可能級別的細微結構時，經常使用的是一種被稱為聚焦電子束誘導沉積（FEBID）的技術，它本質上就是納米尺度的3D打印。FEBID使用一種來自掃描電子顯微鏡的電子束來將氣態前軀體分子凝結成固體沉積在表面上。
在以前，這種方法往往非常費勁、容易出錯，而且難以創建比幾個納米大的復雜結構。而現在，來自美國能源部橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的一個團隊與田納西大學、Graz技術大學進行合作，開發出了一種基于仿真的強大工藝，以改善FEBID技術，同時也為納米制造引入了新的可能性。
據該研究團隊負責人Jason Fowlkes介紹說，這個新系統將設計和建造集成到了一個精簡的過程里，以創造出復雜的3D納米結構。
該研究的共同作者，來自奧地利Graz技術大學的Harald Plank說，這種精確地設計定制化納米結構的能力“在低納米尺度下的3D表面等離子光學、獨立式納米傳感器和納米機械元素等領域開辟了一系列全新的應用，這些應用使用其它技術根本不可能實現。”
據天工社了解，該過程使用了一種3D仿真技術來指導電子束和復制尺度在10納米到1微米之間的復雜晶格和網格。這種模式會跟蹤電子散射路徑以及二次電子的釋放，來預測材料表面的沉積圖案，以及可視化實驗的最終結構。
科學家們創建了一個32面的網格結構來測試該模擬精確構建復雜幾何形狀的能力。左側是實驗成品的掃描電鏡（SEM）圖，其與通過虛擬SEM圖像（中間）預測的結構高度一致，與模擬的設計模型（右）也十分一致。（高分辨率圖像）
據Fowlkes稱，這項研究成果的創新之處在于將實驗與仿真充分結合了起來。仿真指導了實驗性的構建，而完成的實驗反過來對模擬的精度和強度提供了反饋。設計被送入模擬及繪制程序，由二次電子活動導致的兩者之間的任何不一致都可以在實驗前被發現。
“簡單地說，一旦我們發現了不想要的二次電子散射形狀，我們可以圍繞它們進行設計。”Fowlkes說。
研究人員們稱，雖然比CNMS潔凈室里的其他可用的納米制造方法要慢一些，但FEBID是唯一能制造出高保真3D納米結構的技術。由于無法在建造過程中“看到”納米結構，研究人員以前只能依靠不斷試錯，手動調整生成參數，以生成所需的形狀。
Fowlkes稱該團隊目前正專注于完全凈化碳污染的結構。該凈化技術，被稱為原位凈化，可以在構建過程中去除雜質，它主要利用水或氧氣與激光一起釋放前驅體中的殘炭，并將其沖洗出結構。該仿真甚至可以納入碳去除過程的應力，以及可以預見最終產品的變化。
更多有關納米結構和仿真的信息可參閱該團隊在《ACS Nano》雜志上發表的論文《在仿真指導下通過聚焦電子束誘導沉積進行3D納米制造（Simulation-guided 3-D nanomanufacturing via focused electron beam induced deposition）》。
(責任編輯：admin)
納米纖維涂層管狀支架骨再
中美合作團隊《Science》
內燃機增材再制造修復技術
高性能金屬激光增材制造裝
西安交大與哈佛大學合作研
仿真技術與3D打印推動液壓
科學家使用超聲波
