奥地利格拉茨理工大学的研究人员哈拉尔德·普兰克、维雷娜·莱泽克和大卫·库内斯在3D纳米结构制造领域取得了重大进展，确保了纳米结构的精确形状和尺寸，以获取所需的光学特性。

这一成就的关键在于对纳米结构进行了细致的模拟，这些模拟是制造过程的基础。此外，该团队还有效地消除了制造过程中常见的化学杂质，同时不影响结构的完整性。这些具有光学活性的纳米结构在太阳能电池以及化学和生物传感器等领域扮演着至关重要的角色。

生产纳米颗粒的目的是将它们战略性地应用于表面上，以实现光的聚焦、操控或触发特定反应。尽管这种技术已经存在了二十年，但其持续的目标是拓宽这种方法的潜在应用范围。

3D纳米结构的十年

在过去十年中，奥地利格拉茨科技大学电子显微镜和纳米分析研究所以及电子显微镜中心（ZFE）的研究人员致力于推动这一技术的发展。他们的工作重点在于开创性地研发纳米级的复杂、自支撑的3D架构，这些架构与迄今为止所开发的传统平面结构截然不同。目前，这些研究人员使用的技术是全球唯一一种能够在各种表面上受控地生成微小且复杂的3D结构的方法。这些3D架构的形状元素小于10纳米，尺寸甚至小于现存最小的病毒（通常尺寸约为20纳米）。特别值得一提的是，研究团队的最新创新消除了先前采用的“试错法”，显著减少了实现3D结构最佳光学特性所需的时间。

使用3D纳米打印技术制造的结构；左：微型国际象棋塔，右：由纳米线制成的球。图片来源：CDL DEFINE/TU Graz

哈拉尔德·普朗克博士解释道：“经过过去几年的努力，我们终于取得了显著成果。近年来，我们面临的最大挑战是将3D结构转移到高纯度材料上，同时不损坏其形态。由于3D技术的进步，我们实现了在光学效果和应用概念上的飞跃。现在，纳米级尺寸的纳米探针或光镊已经成为可能。”

3D纳米结构到底是如何制作的？

在格拉茨工业大学，研究团队采用聚焦电子束诱导沉积（EBID）工艺来创建3D纳米结构。在EBID工艺中，目标表面在真空环境中被特定气体覆盖。为了将部分气体分子转化为固态并确保其精确地粘附在特定位置，研究人员利用电子束将这些气体分子分解。

普朗克博士进一步说明，通过精确控制电子束的移动和曝光时间，研究人员能够一步实现具有晶格或片状结构元素的复杂纳米结构的制造。为了形成所需的三维纳米结构，纳米体积被精确堆叠。得益于格拉茨科技大学研究人员的这些进展，未来将能够在纳米尺度上生产光镊或探针。

奥地利格拉茨理工大学的研究人员哈拉尔德·普兰克、维雷娜·莱泽克和大卫·库内斯在3D纳米结构制造领域取得了重大进展，确保了纳米结构的精确形状和尺寸，以获取所需的光学特性。

这一成就的关键在于对纳米结构进行了细致的模拟，这些模拟是制造过程的基础。此外，该团队还有效地消除了制造过程中常见的化学杂质，同时不影响结构的完整性。这些具有光学活性的纳米结构在太阳能电池以及化学和生物传感器等领域扮演着至关重要的角色。

生产纳米颗粒的目的是将它们战略性地应用于表面上，以实现光的聚焦、操控或触发特定反应。尽管这种技术已经存在了二十年，但其持续的目标是拓宽这种方法的潜在应用范围。

3D纳米结构的十年

在过去十年中，奥地利格拉茨科技大学电子显微镜和纳米分析研究所以及电子显微镜中心（ZFE）的研究人员致力于推动这一技术的发展。他们的工作重点在于开创性地研发纳米级的复杂、自支撑的3D架构，这些架构与迄今为止所开发的传统平面结构截然不同。目前，这些研究人员使用的技术是全球唯一一种能够在各种表面上受控地生成微小且复杂的3D结构的方法。这些3D架构的形状元素小于10纳米，尺寸甚至小于现存最小的病毒（通常尺寸约为20纳米）。特别值得一提的是，研究团队的最新创新消除了先前采用的“试错法”，显著减少了实现3D结构最佳光学特性所需的时间。

使用3D纳米打印技术制造的结构；左：微型国际象棋塔，右：由纳米线制成的球。图片来源：CDL DEFINE/TU Graz

哈拉尔德·普朗克博士解释道：“经过过去几年的努力，我们终于取得了显著成果。近年来，我们面临的最大挑战是将3D结构转移到高纯度材料上，同时不损坏其形态。由于3D技术的进步，我们实现了在光学效果和应用概念上的飞跃。现在，纳米级尺寸的纳米探针或光镊已经成为可能。”

3D纳米结构到底是如何制作的？

在格拉茨工业大学，研究团队采用聚焦电子束诱导沉积（EBID）工艺来创建3D纳米结构。在EBID工艺中，目标表面在真空环境中被特定气体覆盖。为了将部分气体分子转化为固态并确保其精确地粘附在特定位置，研究人员利用电子束将这些气体分子分解。

普朗克博士进一步说明，通过精确控制电子束的移动和曝光时间，研究人员能够一步实现具有晶格或片状结构元素的复杂纳米结构的制造。为了形成所需的三维纳米结构，纳米体积被精确堆叠。得益于格拉茨科技大学研究人员的这些进展，未来将能够在纳米尺度上生产光镊或探针。