Figure 1 :Résumé graphique de l'étude. Technique et charges d'électrofilage en champ proche (NFES). L'équipe d'IBS a obtenu un contrôle précis du dépôt de nanofibres couche par couche en ajoutant simplement du sel à la solution de polymère. Des images optiques des nanofibres imprimées en 3D ont été préparées avec des solutions constituées de :(i) uniquement du polymère poly(oxyde d'éthylène) (PEO), (ii) PEO et sel et utilisant une plate-forme conductrice, et (iii) PEO et sel à l'aide d'une plate-forme isolante. En (i), la nanostructure n'est pas bien alignée, parce que les fibres déposées ont une faible charge de surface positive, mais l'ajout de sel augmente la conductivité de la solution de départ et l'attraction entre le jet de nanofibres et les fibres déposées. Une plaque isolante en silice a réduit l'effet, confirmant l'hypothèse. Grâce à cette technique, Les chercheurs d'IBS ont construit des nanowalls avec la hauteur et le nombre de couches souhaités. Crédit : Institut des sciences fondamentales
Nanoparois, nanoponts, nano "jungle gyms":Cela pourrait ressembler à la description d'un village lilliputien, mais ce sont de vrais composants imprimés en 3D avec des applications potentielles en nanoélectronique, matériaux intelligents et dispositifs biomédicaux. Chercheurs du Centre de la Matière Douce et Vivante (CSLM), au sein de l'Institut des sciences fondamentales (IBS, Corée du Sud) ont amélioré un processus de nanoimpression 3D qui produit des haut, nanostructures étroites.
Comme le montre leur dernière publication en Lettres nano ("Electrofilage en champ proche pour des nanoarchitectures empilées en trois dimensions avec des rapports d'aspect élevés"), l'équipe a également utilisé cette technique pour produire des nanoélectrodes transparentes avec une transmission optique élevée et une conductivité contrôlable.
La technique d'électrofilage en champ proche (NFES) consiste en une seringue remplie d'une solution de polymère suspendue au-dessus d'une plate-forme, qui récupère la nanofibre éjectée et est préprogrammé pour se déplacer de gauche à droite, aller et retour, en fonction de la forme du produit final souhaité. La seringue et la plateforme ont des charges opposées de sorte que le jet de polymère sortant de l'aiguille est attiré vers la plateforme, formant une fibre continue qui se solidifie sur la plate-forme.
Les jets électrofilés étant difficiles à manipuler, cette technique était limitée aux structures bidimensionnelles (2-D) ou aux structures cylindriques creuses tridimensionnelles (3-D), souvent avec des diamètres de fibres relativement grands de quelques micromètres.
Les chercheurs d'IBS ont pu obtenir un meilleur contrôle du dépôt de nanofibres sur la plate-forme en ajoutant une concentration appropriée de chlorure de sodium (NaCl) à la solution de polymère. Cela a assuré l'alignement spontané des couches de nanofibres empilées les unes sur les autres formant des parois.
Figure 2 :Diverses nanoarchitectures hautes de 40 couches imprimées en 3D et recouvertes de différents matériaux fonctionnels. (A) Nanoparois de nickel droites. (B) Nanowalls d'or incurvés. (C) motif de grille de silice. (D) Nanoponts d'oxyde de zinc suspendus entre nanowalls. Crédit : Institut des sciences fondamentales
"Bien qu'il soit hautement applicable à divers domaines, il est difficile de construire des nanofibres empilées avec de multiples conceptions en utilisant les techniques conventionnelles d'électrofilage, " dit Yoon-Kyoung Cho, l'auteur correspondant de l'étude. "Notre expérience a montré que le sel faisait l'affaire."
Le bénéfice apporté par le sel est lié aux charges. La différence de tension entre la seringue et la plateforme crée des charges positives dans la solution de polymère et des charges négatives dans la plateforme, mais une charge positive résiduelle reste dans les fibres solidifiées sur la plate-forme. L'équipe a découvert que l'application de sel à la solution de polymère améliore la dissipation de charge, conduisant à une attraction électrostatique plus élevée entre le jet de nanofibres et les fibres déposées sur la plate-forme.
Sur la base de ce mécanisme, l'équipe a pu produire des nanoparois hautes et étroites d'une largeur minimale d'environ 92 nanomètres et d'une hauteur maximale de 6,6 micromètres, et construire une variété de nanoarchitectures 3D, tels que les réseaux de nanowalls incurvés, nano "salles de gym de la jungle, " et des nanoponts aux dimensions contrôlables.
Figure 3 :Nanowalls recouverts d'argent et noyés dans des nanoélectrodes transparentes. Le montage a été utilisé pour identifier l'accordabilité de résistance des électrodes contenant des nanofils 3D de différentes hauteurs (de 20 à 100 couches de nanofibres), sur la base d'une comparaison d'intensité LED. Le Center for Soft and Living Matter est situé à l'Institut national des sciences et technologies d'Ulsan (UNIST).
Pour démontrer l'application potentielle de ces nanostructures, les chercheurs en collaboration avec Hyunhyub Ko, professeur à l'Institut national des sciences et technologies d'Ulsan (UNIST), nanoélectrodes 3-D préparées avec des nanoparois recouvertes d'argent intégrées dans des films de polydiméthylsiloxane (PDMS) transparents et flexibles. Ils ont confirmé que la résistance électrique pouvait être ajustée avec le nombre de couches de nanofibres (plus les nanoparois sont hautes, plus la résistance est petite), sans affecter la transmission lumineuse.
"De façon intéressante, cette méthode peut potentiellement éviter le compromis entre la transmittance optique et la résistance de feuille dans les électrodes transparentes. Des réseaux de nanofils d'argent 3-D fabriqués avec 20, 40, 60, 80, ou 100 couches de nanofibres avaient une conductivité variable, mais transmission lumineuse stable d'environ 98 %, " conclut le parc Yang-Seok, le premier auteur de l'étude.
