自從世界上首支3D打印筆3Doodler上市到現在也有一年的時間了，不過大部分人還只是拿它做一個有趣的工具玩玩而已，因為它所能發揮的作用比起一般的3D打印機而言其實還是有限。不過近日，韓國的一群科學家開發出了一種新型的3D打印筆，這種打印筆的科技含量就高得多啦，它可以實現納米級的3D打印！
來自韓國高麗大學的Seongpil Hwang以及他領導的研究團隊制造出了這款令人印象深刻的新設備。
“據我們所知，我們的水凝膠3D打印筆是一種首創。”Hwang介紹這臺設備時說。“不過，我們還是受到三種技術的啟發：美國西北大學Chad Mikin開發的蘸筆光刻（dip-pen lithography）技術；英國Warwick大學Patrick Unwin開發的納米吸量管（nanopipettes）；以及美國哈佛大學Jennifer Lewis開發的微噴嘴（micro-nozzels）技術。”
雖然嚴格來說，這并不算第一款3D打印筆，但它肯定是第一個在納米尺度工作的類似設備。這款筆的尖端有一個微觀的水凝膠金字塔，其最尖端被浸泡在電化學反應驅動的電解液里。據了解，它的工作原理是水凝膠的尖端和超微電極之間形成一個納米級的接觸面。有一個納米定位系統來確保這款3D打印筆在應用時的精度，并以規范在進行電鍍時的法拉第吸附反應。
這種納米級的3D打印筆可以創建尺寸小于100納米的3D結構。Hwang和他的團隊在測試時用這臺設備成功地將十分細微的鉑金沉積到了黃金電極上。
Hwang在論文中稱，這款3D打印筆可以作為納米空間電化學反應的一種有用的工具：
“我們的水凝膠筆可以在局部的電化學反應中作為納米吸量管（nanopipettes）的一種獨特的替代品。它很便宜，而且分辨率很高。水凝膠筆其實是一個微觀的水凝膠金字塔，其尖銳的頂部被限制在納米尺度區域內，并含有電解質以用于電化學反應。水凝膠筆尖和一個宏觀電極表面之間的接觸產生了納米尺度的電化學反應區域。因此我們將此筆稱為“電化學反應水凝膠筆”（HYPER）。”
通過這種電沉積的方法，科學家們能夠以更便宜、環保、可靠的手段創建3D薄膜。傳統的電沉積技術只能創造相當與一維的納米線，但通過使用這種水凝膠筆技術，生成三維的納米幾何體指日可待。此外，水凝膠筆是常用的玻璃納米吸量管的很好替代品，因為水凝膠筆的制造要比玻璃納米吸量管稍微簡單點，而且能夠生成高精度的幾何形狀。
通過水凝膠筆生成的納米級鉑金形狀
來自世界各地的材料科學家對于這一新技術的應用潛力都很有興趣。其中就包括牛津大學的Harish Bhaskaran博士，他說：“3D增材納米制造是關于納米級元件快速原型的下一個前沿技術。”Bhaskaran并沒有參與開發這個水凝膠筆，他繼續說道：
“在這個尺度上還有許多的挑戰，比如控制功能、這些筆的長期可靠性等，都將影響到這個產品在未來發揮的作用。然而，這是重要的第一步，相當有趣，因為該技術是可擴展的。”
水凝膠筆是借助于其頂端的金字塔形狀生成穩態電流，并形成比當前能夠達到的水平小得多的尺度。參與的科研團隊在其研究的最終形成了幾個結論：
“這是首次用水凝膠筆在納米尺度上探索電化學過程和生成3D金屬結構。電化學反應水凝膠筆（HYPER）在簡單、電極尺寸、可再現性和成本等方面與以前的方法相比均有顯著的優勢。與HYPER相關的理論表明其電化學行為類似于一個典型的超微電極。我們已經展示，可以使用HYPER通過電沉積來實現納米級的3D打印。局部電化學的HYPER研究將為電化學、納米科學、3D打印和SPM帶來新的機遇。”
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