納米級 3D 打印是指 3D 打印以納米為單位測量的物體的能力。例如，1 毫米中有 1,000,000 納米。為了更好地了解大小或缺乏大小，我們應該參考一根人類頭髮的大小，直徑為 75,000-100,000 納米。
探索納米級 3D 打印
這種微觀scale host 的一系列潛在的行業顛覆性產品，從更小的計算機芯片和 1 pc 印刷計算機板到納米級金屬部件，讓位於更快的電池充電/放電能力。
這一突破將同時提高效率並提高較小部件的生產率。
微電子、納米機器人和傳感器技術等行業將受益於在不影響準確性的情況下在這種納米尺度上進行創造的能力。目前，美國各地的大學正在研究不同的方法來以納米級打印，同時保持各自行業所需的精度。
其中一些研究所專注於電子技術的進步，而其他研究所則著眼於利用光化學反應（包括蛋白質、聚醣或基因的固定化）的納米印刷方法。
納米級打印合成材料和塑料長期以來受益於這種尺寸的打印能力，只是在之前的 2-3 年裡，科學家們才在將金屬物體精確打印到這種尺寸方面取得突破。
這種規模的 3D 打印金屬使科學家能夠逐個原子地組裝物體。
納米級 3D 打印解決方案
Dr. Dmitry Momotenko，Institute of Chemistry，相信這項技術將使他的團隊能夠以比當前競爭技術快 1000 倍的速度充電和放電的 3D 打印電池。他的一些陳述包括:“如果今天能夠實現，電動汽車可以在幾秒鐘內充電。”
目標是成倍地縮短電池中離子之間的路徑。納米級 3D 打印將允許他的團隊重新審視這個 20 年前的想法，希望能夠以一種允許電子一次通過整個電池的方式 3D 打印電池的內部結構，而不是必須通過一個
由於能夠精確打印小至 25 微米的金屬結構，納米機器人（納米級微芯片）和微電子學都將從這項技術中受益。
納米級 3D 打印機技術
奧爾登堡大學的化學家 Liaisan Khasanova 的任務是製造專用噴嘴打印納米級所需的小費。從一根普通的石英玻璃管開始，一根 1 毫米厚的毛細管插入藍色液體。一旦通電，就會發生反應，發出一聲巨響。然後移除管子，露出一個足夠小的孔以滿足他們的要求。 “設備內部的激光束加熱管子並將其拉開。然後我們突然增加張力，使玻璃在中間破裂並形成非常尖銳的尖端，”正在攻讀博士學位的 Khasanova 解釋道。在德國 University of Oldenburg 的電化學納米技術組獲得化學博士學位。
在大學的 <在 href="https://uol.de/campus-wechloy">Wechloy 校園內，該實驗室配備了 3 台打印機，這些打印機是按照其嚴格的標准在內部製造和編程的。在概念上類似於當今的消費類 3D 打印機，但有一個小區別——尺寸。
這些打印機專注於準確性，利用舖有泡沫的大型花崗岩底座來幫助減少打印過程中產生的振動。這些步驟有助於精確控制 3D 打印機，從而在更小的尺度上實現更高的精度。傳統的粉末金屬 3D 打印機只能達到微米級的分辨率，尺寸相差 1000 倍。
打印機的環境也是一個因素，團隊考慮到實驗室的燈光會受到電磁干擾。他們使用電池供電的燈來幫助隔離交流電產生的電磁場。
金屬納米結構一瞥
納米級印刷塑料分子很容易被操縱成給定的結構形狀他們缺乏強度和較低的耐熱性。塑料的可延展性使科學家能夠將塑料加工成更小的形狀。這種易用性促成了打印技術的大部分最新進展。
相比之下，金屬納米級 3D 打印需要更嚴格的公差和更高的耐熱性和耐磨性。這些打印機需要最近的進步，從改進的打印算法到重新發明的打印機技巧，以實現小而準確的打印。
目前，該團隊能夠使用銅、銀、鎳、鎳錳和鎳鈷合金。 Momotenko 博士和一組研究人員成功地製造了 25 納米或 195 個銅原子大小的銅螺旋柱，作為他們發表在 2021 年納米技術雜誌。利用 Momotenko 博士和他的同事 Julian Hengsteler 創造的一種方法，反饋機制與擠出頭結合使用，以調節防止噴嘴在打印中期凝固所需的回縮過程。印刷品以每秒幾納米的速度一次形成一層。
3D 打印納米級銅柱。照片來源 Nano Letters。
時間至關重要
打印扁平螺旋物體有助於電池存儲和生產的進步。它以一種允許質子快速均勻地通過電池的方式控制納米結構。這會提高電池的充電率和放電率。
這將有利於依賴儲能的行業，從電動汽車電池到離網家庭，或滿足永遠不會離線的數據服務器場的存儲需求由於電網故障。
風險先來
為了降低與鋰離子電池生產相關的風險，專門的密封室充滿了正壓惰性氬氣.腔室長 10 英尺，重近 1000 磅，大小適合在惰性環境中容納打印機。
當電池充滿電時，它如何管理反應產生的熱量? “一方面，我們正在研究生產納米級活性電極材料所需的化學方法；另一方面，我們正在嘗試使印刷技術適應這些材料，”Momotenko 博士說。
然後是進步
依靠現有的電鍍技術，他們能夠適應這種方法（帶正電的銅離子在鹽溶液中帶負電的電極）。該團隊開發的擠壓尖端使他們能夠在納米級進行 3D 打印，與目前僅限於微米的基於粉末的 3D 打印機相比。
電池技術只是第一個用例，Momotenko 博士還有其他大膽的概念。他計劃利用這種打印技術來利用一個名為自旋電子學的新興領域，該領域的目標是能夠操縱“自旋”——電子的一種量子力學特性。
他還計劃製造能夠檢測單個分子的傳感器。這將有助於檢測阿爾茨海默氏症，它以其少量的生物標誌物而臭名昭著。
即使在開發了這項技術之後，該團隊仍然對能夠創造出人眼在沒有幫助的情況下無法看到的物體的能力感到敬畏。