蘸笔纳米刻蚀技术(DPN)于1999年由美国西北大学Chad A. Mirkin教授课题组发明，迄今已发展20余年，在化学合成、光学、催化、生物医学等领域得到了广泛的应用(Guoqiang Liu, Zijian Zheng, Chad A. Mirkin, et al. Chemical Reviews, 2020, 120, 6009-6047)。作为一种纳米制造的新技术，DPN可以直接将有机小分子、聚合物、纳米颗粒以及生物大分子等各种材料以图案化的方式传输于各种基底，同时实现了结构的高分辨率和阵列图案的任意性，也实现了大面积高通量的并行制备。一直以来，DPN技术专注于二维纳米图案的制备及应用，如何将DPN技术拓展到三维纳米结构的构筑依然是一个挑战。
基于此，近期香港理工大学郑子剑教授和西北工业大学刘国强教授开发了一种三维纳米制造新技术-三维蘸笔纳米刻蚀技术(3D-DPN)，研究成果以题“3D Dip-Pen Nanolithography”发表于Advanced Materials Technologies 。该技术首先合成了一种能够快速紫外固化且符合DPN传输条件的黏性聚合物，然后设计出点策略和线策略两种制备途径，将DPN过程和紫外光固化有机结合在一起，实现了三维纳米图形的构筑。3D-DPN将蘸笔纳米刻蚀技术从二维纳米图案化发展到了三维纳米结构构筑，很大程度上拓展了DPN的应用范围。同时，3D-DPN可看作是一种微纳米尺度的三维打印技术，其在结构高分辨、器件微型化、部件多组分等方面具有独特的优势。
图1. 三维蘸笔纳米刻蚀技术(3D-DPN)示意图
图2. 具有梯度尺寸的光固化聚合物点阵列的制备
图3. 以点策略实现3D-DPN过程，从一维点阵列到二维线阵列，再到三维金字塔结构构筑
图4. 具有梯度尺寸的光固化聚合物线阵列的制备
图5. 以线为单元的结构构筑，从梯度尺寸的方框结构到不同尺寸的RFID结构构筑
图6. 以线策略实现3D-DPN过程，从三维金字塔结构到三维复合结构的构筑
论文第一作者为西北工业大学材料学院刘国强教授，通讯作者为香港理工大学郑子剑教授。
原文链接：Guoqiang Liu,Mingming Rong,Hong Hu,Lina Chen,Zhuang Xie,Zijian Zheng, 3D Dip-Pen Nanolithography. Adv. Mater. Technol. 2022, 2101493.
https://doi.org/10.1002/admt.202101493
作者简介：
刘国强，西北工业大学教授，博导，2009年和2012年获得湖北大学本科和硕士学位，2015年获得中国科学院大学博士学位，导师刘维民院士和周峰教授，于2015年9月开始在香港理工大学郑子剑教授课题组开展博士后研究，于2019年加入西北工业大学材料学院，入选翱翔海外学者计划和陕西省高层次人才青年项目，以第一或通讯作者已在Chem. Rev., Adv. Mater., Small, Adv. Mater. Technol., Chem. Eng. J., ACS Macro Lett., Chem. Commun., ACS Appl. Mater. Interfaces等国际期刊上发表SCI论文30余篇。主要研究方向包括聚合物基功能润滑材料、仿生和生物润滑材料、表面纳米图案化和三维纳米制造等。
郑子剑，香港理工大学教授。1999-2003年清华大学化工系本科；2007年英国剑桥大学化学系及纳米中心博士，研究领域为高分子科学及有机光电子学（导师Prof. Wilhelm T. S. Huck）；2008-2009年美国西北大学纳米中心博士后，研究纳米制造（导师Prof. Chad A. Mirkin）。2009年加入香港理工大学任助理教授，2013年破格晋升为终身副教授，2017年再次破格晋升为正教授。研究领域包括材料表界面科学，纳米制造，新型柔性材料，柔性电子应用（包括传感器、锂电池、太阳能电池、超级电容器等），其在Science，Nature Materials，Nature Communications，Advanced Materials，Advanced Energy Materials，JACS，Angewandte Chemie等高影响因子期刊上发表论文130余篇，拥有国内外专利20余项，荣获十多项国际大奖。近年担任Wiley新旗舰期刊EcoMat主编，Advanced Materials和Small的客座编辑，Advanced Energy Materials编委，并当选（首批）香港青年科学院科学家（45岁以下香港科学家最高荣誉）。2020年当选为长江学者讲座教授。
