三维导电纳米结构超分辨激光直写技术研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61875073
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0508.应用光学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Conductive nanostructures, working as nano-carriers in charge transportation, have played an indispensable role in the fields of energy technology, information technology and nanobiology technology. For the extraordinary properties in controlled conductivity, nanometer-size effect and highly spatial utilization rate, 3D conductive nanostructures produce advantages in rendering high-performance opto-electronic micro/nanodevices with lightweight and spatially integration ability. However, limited fabrication method prevents the development of opto-electronic nanodevices. The ever increasing pursuit of superdevice with overwhelming performances imposes enormous demands on developing an advancing fabrication technique to realize 3D structures with diverse geometries, extremely small size and high conductivity. To address this problem, in this project, we aims to demonstrate highly conductive 3D nanostructures with optical two-beam super-resolution direct laser writing technique. As is well-know, direct laser writing employing two-photon absorption is capable of producing spatially resolved microstructures. Owing to the fundamental limit set up by the light diffraction, resolution in the fabrication is restrained in the sub-wavelength scale. Based on former studies on super-resolution fabrication methods, we have realized 9 nm polymer nanowire. In comparison, to realize conductive 3D nanostructure requires new super-resolution mechanism as well as suited materials and adapted fabrication techniques. The two-beam super-resolution fabrication technique employs one initiation beam for initiating photoreaction and producing structures, and the other inhibition beam for inhibiting photoreaction and preventing structure formation, which results in a photoinhibition-inhibited process for reducing the size of structures as fabricated. In this case, we will design and synthesize metal(carbon)/polymer hybrid photoresin composites with formulation suitable for implementing the photoinitiation-inhibited mechanism. A dynamic model will be built to study the interaction between the light and each components including conductive parts and dielectric parts in the photoresin. We will investigate the influence of tuning multi-parameters, such as the wavelength, polarization, phase, pulse width and pulse repetition rate, in the light field imposed by the focused two laser beams on the material reactions. How to confine series of interacted reactions containing photopolymerization, photoreduction and photothermalization in the nanoscale by using two-beam method will be studied. We will optimize the fabrication condition, such as the scanning speed, the scanning route and the exposure power, to fabricate a robust 3D nanostructures with the hybrid photoresin composites. The fabrication process and the post treatment methods will be explored to augment the conductivity of nanostructures. Combined with the material development and two-beam super-resolution fabrication technique, we commit resolving a long lasting problem on a mutual suppression between the size, the geometry and the conductivity in direct laser writing of conduction 3D structures. Eventually, we can realize 3D conductive nanostructures with its conductivity comparable to common conductors and explore their applications in functional devices.
导电纳米结构作为纳米尺度电荷传输载体在能源技术、电子信息技术、纳米生物技术领域发挥有不可替代作用。利用可控电导性能、纳米尺寸效应和高空间利用率,三维导电纳米结构在功能器件应用中具有性能优异、重量轻和可集成化等优势。然而受目前加工技术限制,迫切需要一种能制备具有高导电性能、结构构型多样化和纳米尺寸三维结构的方法,针对这一问题,在前期完成激光直写特征尺寸可达9nm的聚合物结构加工技术基础上,本项目拟发展双光束超分辨激光直写三维导电纳米结构方法,结合金属(碳)/聚合物纳米复合光学树脂设计和合成控制,发展光场多参量联合调控复合材料光聚合、光还原等多重光反应纳米尺度控制方法,优化加工流程设计、加工后处理方式等加工工艺,解决激光直写加工功能微纳结构方法中结构性能、尺寸和几何构型相互制约问题,实现电导率与常规导电材料相当的三维导电纳米结构激光直写加工,并探索其尺寸、构型和导电特性的功能应用。

结项摘要

随着下一代纳米光电功能器件技术的发展,新的功能应用不仅需要在微纳尺度进一步控制纳米结构导电性能和尺寸特征,还对其几何构型多样化、特征尺寸、光学特性、力学特性提出了新的要求。作为纳米尺度电荷传输载体,导电微纳结构在能源技术、电子信息技术、纳米生物技术领域可发挥重要作用,其中,三维导电纳米结构,因其特殊的电导性能和纳米尺寸效应,在功能器件应用中具有性能优异、重量轻和可集成化等优势。然而受目前加工技术限制,迫切需要一种能制备具有高导电性能、结构构型多样化和纳米尺寸三维结构的加工材料和加工方法。针对这一问题,本项目发展了双光束超分辨激光直写三维导电纳米结构方法,结合金属(碳)/聚合物纳米复合光学树脂设计和合成控制,发展光场多参量联合调控复合材料光聚合、光还原等多重光反应纳米尺度控制方法,优化加工流程设计、加工后处理方式等加工工艺,研究并解决激光直写加工功能微纳结构方法中结构性能、尺寸和几何构型相互制约问题。在项目研究过程中,我们开发了聚合物/有机半导体,聚合物/金属,水凝胶/金属三种不同材料体系。利用光学超分辨技术,完成单像素加工分辨率为45nm,像素间距96nm,导电线的加工分辨率达到65nm。基于新型光敏树脂材料体系,通过发展加工工艺和方法,完成包括木堆积结构、立方体结构、螺旋线圈等三种以上几何构型结构制备。微纳金属导线电导性达到2*107 S/cm。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Theoretical and practical guide for axial super-resolved focus via Gouy phase steering
通过古伊相位控制实现轴向超分辨聚焦的理论和实践指南
  • DOI:
    10.1364/prj.467976
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Photonics Researches
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    xiaowei liu;Xiaolan Xia;Zhuofan Yao;Tianyue Zhang;jiang meiling;Qing Yang;Xiangping Li;Yao-Yu Cao
  • 通讯作者:
    Yao-Yu Cao
Laser nanoprinting of floating three-dimensional plasmonic color in pH-responsive hydrogel
pH 响应水凝胶中浮动三维等离子体颜色的激光纳米打印
  • DOI:
    10.1088/1361-6528/ac345b
  • 发表时间:
    2021-10
  • 期刊:
    Nanotechnology
  • 影响因子:
    3.5
  • 作者:
    Wanyi Li;Xianzhi Zeng;Yajing Dong;Ziwei Feng;Hongjing Wen;Qin Chen;Long Wen;Shichao Song;Xiangping Li;Yaoyu Cao
  • 通讯作者:
    Yaoyu Cao
Great chiral fluorescence from the optical duality of silver nanostructures enabled by 3D laser printing
3D 激光打印银纳米结构的光学二元性产生出色的手性荧光
  • DOI:
    10.1039/d0mh01207f
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Materials Horizons
  • 影响因子:
    13.3
  • 作者:
    Wen Hongjing;Song Shichao;Xie Fei;Wang Bin;Xu Jian;Feng Ziwei;Wu Shiyu;Han Jing;Guan Bai-Ou;Xu Xiaoxuan;Cao Yaoyu;Li Xiangping
  • 通讯作者:
    Li Xiangping
3D Laser Nanoprinting of Optically Functionalized Structures with Effective-Refractive-Index Tailorable TiO(2) Nanoparticle-Doped Photoresin.
使用有效折射率可定制 TiO2 纳米粒子掺杂光树脂进行光学功能化结构的 3D 激光纳米打印
  • DOI:
    10.3390/nano12010055
  • 发表时间:
    2021-12-25
  • 期刊:
    Nanomaterials (Basel, Switzerland)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Song S;Li Y;Yao Z;Li J;Li X;Cao Y
  • 通讯作者:
    Cao Y
3D high precision laser printing of a flat nanofocalizer for subwavelength light spot array
用于亚波长光斑阵列的平面纳米聚焦器的 3D 高精度激光打印
  • DOI:
    10.1364/ol.413302
  • 发表时间:
    2021-01-15
  • 期刊:
    OPTICS LETTERS
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Jiang, Meiling;Song, Shichao;Cao, Yaoyu
  • 通讯作者:
    Cao, Yaoyu

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基于无序金纳米棒编码的多维光信息存储
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
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  • 作者:
    欧阳旭;徐毅;冼铭聪;曹耀宇;戴峭峰;李向平;兰胜
  • 通讯作者:
    兰胜
基于柱矢量光调控的纵向超分辨率准球形多焦点阵列
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    光电工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    夏小兰;曾宪志;宋世超;刘小威;曹耀宇
  • 通讯作者:
    曹耀宇
Dual-beam super-resolution direct laser writing nanofabrication technology
双光束超分辨激光直写纳米加工技术
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1003-501x.2017.12.001
  • 发表时间:
    2017-12
  • 期刊:
    光电工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曹耀宇;谢飞;张鹏达;李向平
  • 通讯作者:
    李向平

其他文献

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基于局域表面等离激元多极子共振激发的激光超衍射加工三维金属微纳结构技术研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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