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VSParticle 干法气溶胶纳米打印技术,加速材料研发进程

 更新时间:2023-09-03 点击量:579

增材制造的方法,如纳米打印可以大大简化高比表面积的纳米多孔薄膜的制备工艺。这种薄膜材料的应用很多,包括电催化、化学、光学或生物传感以及电池和微电子产品制造等。

 

因此,VSParticle 提出了一种基于气溶胶的直写方法。VSP-P1 纳米印刷沉积系统能够实现具有特殊性能的无机纳米结构材料的打印直写。

 

印刷涂层的颗粒由 VSP-G1 纳米粒子发生器产生,经火花烧蚀产生的气溶胶颗粒其典型粒径在 20nm 以下,且不含表面活性剂或任何其他有机添加物质。纳米粒子生产和印刷沉积的整个过程是自动化的,不需要进行后续有机成分的热处理去除。(关于火花烧蚀技术详见:火花简史(一):闪电也能用来制造纳米材料?)

 


VSP-P1 纳米印刷沉积系统

 

01  工作原理

 

VSP-G1 纳米粒子发生器 (VSP-G1) 作为纳米粒子的生产源,集成在 VSP-P1 系统中。而用于纳米颗粒生产的技术称为火花烧蚀(Spark Ablation),在室温温度和大气压条件下便可实现多种纳米粒子的制备。

 

在气流中产生纳米气溶胶后,这些颗粒经低真空环境下的喷嘴加速并通过撞击沉积的方式沉积在多种类型的基材上。沉积的驱动力是沉积室和 VSP-G1 系统(喷嘴上游)之间的压力差。通过 XYZ 载物台控制、显微镜摄像头模块和直观的用户界面可以打印沉积特定的路径,从而可以控制实验参数,进行由纳米粒子组成的图案绘制。

 

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02  应用分享

 

使用 VSP-P1 纳米印刷沉积系统,可以自动的打印不同成分和/或层厚的纳米多孔材料。在电催化、气体传感器和 SERS 领域具有高通量筛选价值。采用高通量的筛选方法可以将新材料开发所需的时间从几个月缩短到几天,大大加速了材料开发过程。

 

1.电催化

 

当前,许多性能优秀的电催化剂均采用昂贵的贵金属基材料。而为了使电化学过程具有可扩展性和商业可行性,此类电催化剂的贵金属含量必须显着降低,或用更便宜的金属作为替代。

 

我们与 Avantium 教授合作,进行了不同比例电催化剂的高通量筛选实验。选取不同的 Fe/Ni 比例和不同层厚度,直接在高通量催化测试系统上打印 8x8 点阵列(使用 VSP-P1)。然后同时测试这 64 种催化剂的 OER 性能,有效的减少了催化剂筛选时间。

 

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等值线图显示电池电位随镍/铁发生器功率比和沉积时间的变化

 

电解水制氢

 

催化剂涂层膜(CCMs) 是 PEM 电解水的核心组件,传统方法不仅需要利用化学手段合成纳米催化剂,还需要与添加剂混合制成浆料后进行如丝网印刷等方式沉积在膜表面。

 

使用 VSP-P1 纳米催化剂印刷沉积系统,可以实现如 Ir, Pt 等纳米催化剂的直接生成以及直写沉积。同时,由于制取的颗粒尺寸更小,表面更干净,可有效降低催化剂使用量,节约成本。

 

VSP 产生的粒径更小

 

3  传感器

 

当前的金属氧化物(Mox)气体传感器能够检测多种气体,但对单个分子的选择性很差。为了提高选择性,对不同材料组合进行筛选是必要的。使用 VSP-P1,可以局部打印特定成分的混合金属氧化物涂层,整个过程是自动且可重复的,可以快速筛选不同的组合。

 


两个氧化锌基化学电阻器(CR1和 CR2)在暴露于三个连续甲苯脉冲后的实时电阻

 


CR 响应与甲苯浓度的关系

两个 CR 的响应表明气体传感性能具有良好的重现性

 

4  SERS 优化

 

表面增强拉曼光谱 (SERS) 是一种高度灵敏的检测技术,可以极大地促进化学和生物传感技术在多领域的应用。利用 VSP-P1 纳米印刷沉积系统进行无配体印刷纳米粒子印刷,制备纳米多孔结构传感器已被证明对于开发用于不同物质分析的 SERS 基板非常有效。此外,由于样品制备简单且自动化程度高,基板的优化可在数月内实现。由于该技术的可重现性较好,使用不同的基板时,也不需要改变纳米粒子的合成和沉积过程即可实现批量合成工艺。

 

 

利用气溶胶技术在基底表面进行纳米材料喷涂,绘制相应的电极(包括常见的Au, Ag,Cu等等离子激元材料。这些材料会产生较强的等离子激元效应,使拉曼信号大大增强,便于进行微量的物质探测。

 

如果您对 VSParticle 纳米气溶胶沉积系统感兴趣,欢迎随时联系我们了解产品详情和 DEMO 实验。

 

关于 VSParticle

 

VSParticle 是一家位于荷兰的纳米颗粒技术公司,专注于开发和提供先进的纳米颗粒制备设备和解决方案。核心技术是一种特别的气相沉积 (Gas-phase Deposition) 技术,可以高效地制备纳米尺寸的材料颗粒,如金属、合金、氧化物和硫化物等。

 

作为一家具有创新精神和技术先进的公司,VSParticle致力于推动纳米颗粒技术的进步,为全球研究人员和工程师提供先进的工具和解决方案,助力纳米材料的开发和商业化应用。

 


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