精确到50纳米!纳米级转印技术,为可穿戴纺织品铺平道路

http://www.texnet.com.cn/ 2020-03-02 08:34:46 来源:高分子科学前沿

精确到50纳米!纳米级转印技术,为可穿戴纺织品铺平道路

  随着柔性电子和可穿戴电子技术的发展,智能服饰已经被应用在了方方面面。通常的在智能服饰上的加工方法包括有掩模板的喷涂、浸涂和喷墨打印等。但是对于喷涂和浸涂在织物上图案化加工微米甚至纳米级别的图形都不容易;喷墨打印技术加工到微米尺度图案化相对容易,但是加工到纳米尺度也是不能完成的。所以,如何发展出一套在织物服饰表面图案化加工纳米尺度的图形方法将具有重要的意义。转印方法已经被报道用于柔性电子、传感器、能量收集装置以及显示设备。通常的转印技术实现需要先微纳图案化在供体衬底上,然后再转移图案化在接收衬底上。然而,一般的转印方法通常对接收衬底的形貌和粗超度有严格的要求。所以,转印技术很难将纳米尺度的结构图案化在接收衬底上。

  为了解决以上提到的局限性,韩国科学技术院Jun-Ho Jeong和Inkyu Park研究团队开发了一种基于简单的转印方法:通过在具有水溶性的供体衬底上沉积纳米结构,然后在转印步骤后溶解水溶性的供体基底,可以简单地把纳米尺度精微结构的功能材料纳米结构的转移在纺织材料基底上。此项工作题为:“Nanotransfer Printing on Textile Substrate with Water-Soluble Polymer Nanotemplat”,于2020年1月28日发表在最新的《ACS Nano》上。

  在此项工作中,Jun-Ho Jeong和Inkyu Park研究团队采用具有良好生物相容性和室温下溶解性的透明质酸作为供体基底;同时透明质酸可高精度复制在硅片上加工好的纳米结构。首先,透明质酸模具可以容易地制成纳米线,纳米点和纳米孔等纳米结构的模具。其次:将各种金属或SiO 2被沉积在有图案的透明质酸薄膜上。最后,把薄膜铺在潮湿的纺织基材上,透明质酸溶解,并且将设计好的纳米结构的功能材料转移到纺织物材料表面。采用这种工艺,金属或非金属微/纳米尺度的图案可以转移到任意非平面上织物的表面,同时保持其形状。此方法加工的最小精度是50纳米。

  图示一:借助水溶性高分子的纳米转印工艺(nTP-SP)转印功能材料: (a) nTP-SP的机理和制备过程,(b)具有线宽的透明质酸膜的SEM图像,(c)斜向沉积金在透明质酸膜上的SEM图像,(d)原始织物SEM图像,(e)透明质酸未完全溶解时转移金图案的SEM图像,(f) SEM图像:将透明质酸从纤维中完全去除后,转移到Au图案上。

  目前,该方法已经成功地在纺织品上制造Pd纳米线行阵列气体传感器。潜在的应用包括具有高度选择性和灵敏度的氢气传感器。此外,并且此方法被证明是适合于安全大批量生产纺织品,因为它兼容了快速安全印刷具有光电功能的复杂纳米结构。这一过程可制备检测H 2的具有实际应用的有效性传感器,有效生成具有结构色彩的纳米图案,并能自我清洁。通过转移二氧化钛纳米结构的功能已经得到了证实演示。所提出的纳米化方法可以为各种功能的制造提供方便的途径纺织品或纸张基板上的装置,包括汗液传感器,环境监测设备、催化过滤器和纺织物基的超级电容器。

  图示二:nTP-SP工艺在制备检测氢气的Pd纳米结构中的应用:(a)氢气感测原理图,使用纺织衬底的传感器;(b)纳米结构的L/S为200nm /200的SEM图像,在织物衬底上制备纳米材料; (c)对于H2检测的(ΔR / R 0 )响应曲线;(d)比较Pd纳米粒子和薄膜转移到纺织基板上的响应曲线; (e)传感器在不同相对湿度条件下对H2响应(070%);(f)各种气体(NO 2、H 2 S、CO)的选择性测试。

  本文的第一作者是来自KAIST的Jiwoo Ko,通讯作者是KAIST的Jun-Ho Jeong教授和Inkyu Park教授。此项研究被韩国国家研究基金会(NRF)(MSIT; No. 2018R1A2B2004910)和韩国科学部资助(CAMM-No.2014M3A6B3063707).

  全文链接:

  https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b09082

  来源:高分子科学前沿

文章关键词: 可穿戴纺织品   
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