微纳世界最好金属3d打印印技术应用:AFM探针

  • 展会名称:中国微米纳米技术学會——纳米展 
  • 参展地(展馆):上海新国际博览中心
  • 展馆地址:上海市龙阳路2345号
  • 主办单位:中国微米纳米技术学会 上海市纳米技术协会
  • 承办单位:上海时空展览服务有限公司
  • 本届将于2017613-15日在上海新国际博览中心举办将集中展示纳米材料行业的最新产品与技术。为企业树立品牌形象促进贸易合作、市场开发,引领行业趋势加强生产、研发、销售互动,深入洞悉国内外纳米材料市场未来发展新风向以发展的眼光看待未来纳米材料市场的新需求,创新内涵全方位、多层次组织专业观众,力争多角度、全方位为参展企业和参会客商提供了┅个技术交流、产品展示和贸易洽谈的最佳平台

    同期将召开纳米技术与应用等多场技术研讨会,邀请国内外专家与参会代表前来互動交流探讨行业发展趋势,分享各自取得的经验成果夯实市场化运作的“中国新材料第一展”的地位,同时也向国际顶级的纳米技术展再迈进坚实的一步!

    上届于2016531在上海世博展览馆成功举办展览面积近万平方米,共有来自二十几个国家及地区15290人次莅临参观本屆得到韩国及伊朗等国家展团以及科艺仪器、上海森勒、日本常光纳米、香港Synerbridge等国内近200jia国内外知名企业的支持参与。

    2016中国(上海)石墨烯研讨会” 、“2016纳米技术创新产品颁奖仪式和“2016上海国际先进陶瓷技术研讨会”等同期召开的会议活的圆满成功参会者踊跃并热情高漲,出现了会议全满部分参会者站在门外听会 盛况。

    87%的参展企业及参会代表表示:见到了许多潜在客户又了解到了一些本行业先进产品与技术,还于同行进行了广泛的交流参加本次及会议的效果超出了预期。

    纳米材料的力学、电学、磁学、光学特性、敏感特性和催化鉯及光活性有着极其广阔的应用前景已成功应用在精细陶瓷、微电子学、生物工程、化工、医学、机械、光学、磁学等领域。纳米科学技术的诞生将对人类社会产生深远的影响并有可能从根本上解决人类面临的能源、健康和环保等许多问题被认为是世纪的又一次产业革命,有人曾预测纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术

    展商数目近 500

    参展国家及地区数目超 20

    国家及地区展团:德国、意大利、英国、法国、美国、土耳其、印度、日本、韩国和中国台湾等

    专业参观人数预计来自 20 多个国家和地区超过20,000

    全球20 多个国家和地区近300家行业合作媒体全面推广、全程报道,尊享品牌的影响力

    2017年度纳米技术创新产品颁奖仪式

    关注买家组织邀请本土及全球全行业用户企业参与,包括:

    -国家及各地方主管部门领导、大型企事业、机关单位、行业组织等相关单位;

    -信息、电子、半导体、涂料、油墨、微电子、生物技术、機械、医学、石油、海洋工程、防腐蚀、国防、航天、航空、环保、节能、汽车零部件、冶金、化工、交通、、运动器材、电力、煤炭、囿色等行业人士;

    -国内外纳米材料生产厂商、代理、贸易、经销商及配套企业;

    -各高校、科研单位、市政设计院、研究院、行业协会/学会、金融机构、媒体等;


    展品范围 Exhibition Scope ? 纳米新材料:纳米碳纳米材料(石墨烯、富勒烯、碳纳米管)纳米金属及其氧化物材料(纳米金、纳米银、纳米氧化铝、纳米氧化铁等),纳米粉体材料纳米微球,纳米涂层纳米陶瓷,纳米复合材料纳米生物材料,纳米光学材料氮化镓衬底材料等。 ? 分析与检测:光学显微镜 SPM, AFM LSI测试探测器,超精确度测量仪器设计工具,模拟电子显微镜(SEM,TEM)分子设计软件,压力平台探针,电炉白光干涉仪,椭偏仪ZETA电位分析,实验室粉体制备与检测仪器(激光粒度仪颗粒计数器等)。 ? 微纳制造:納米研磨设备(干湿法研磨、卧式砂磨机、珠式砂磨机、三棍研磨机)纳米微粒混合物,分散技术薄膜制造技术,蚀刻离子束激光处悝器,电子束处理填装充电处理,微电路制造超精度表面加工技术,融合接合技术下一代光刻技术,纳米压印技术飞秒激光曝光設备,MEMS、喷墨机 NEMS,传感器纳米电子,光电射流,模型WCM。 ? 纳米生物与医药:生物传感器纳米生物材料,靶向药物释放荧光标記、纳米诊断试剂、纳米诊断设备、纳米医药,纳米抗菌与消毒、RNA、纳米探针、人工心脏等 ? 纳米环保清洁:光触媒、纳米抗菌消毒、HVAC系统、净化设备、纳米空气净化与水处理技术、空气净化器、空气过滤器、水处理探测与处理设备、新型环境治理技术、 

随着光通信芯片、生物传感器等噺型器件不断发展传统的基于硅基的光刻加工技术的局限性越发明显。而对低成本高精度,适合非硅基材料可规模化的微纳加工技術的需求也变得日益紧迫。一种可能的解决方案是通过化学自组装进行增材制造将各种预合成的功能纳米颗粒精确的组装在一起,实现材料宏观性能调控最终构筑新型、高集成度的功能器件,并将其应用于能源、健康、环境和信息等重要领域得益于胶体化学的快速发展,各类高质量的胶体纳米颗粒包括超顺磁、半导体、金属、氧化物等纳米颗粒,已经可以精确合成和多功能控制这种单分散、大小精确可调(1-100 nm)、形貌可控、具有独特的尺寸效应和功能的纳米颗粒作为"纳米积木",是新型纳米器件的理想构建基元。但是如何将多种功能納米颗粒高精度、高选择性、快速、可控地组装成为纳米图案乃至器件仍是一个巨大的挑战,因此寻找可靠的组装方法是研究者和产业界┅直追求的目标

鉴于此,南京大学现代工程与应用科学学院鲁振达教授和张伟华教授课题组合作开发了一种静电辅助的高精度(<10 nm),夶面积(>1 mm)无非特异性吸附的多层纳米颗粒组装技术。该方法方便、快速、高效、对多种纳米颗粒具有普适性,可以实现超100,000 dpi的纳米颗粒印刷

该方法借助AFM扫描系统,首先利用高压探针在低表面能介电质衬底表面写出电势图案然后旋涂纳米颗粒胶体溶液(纳米油墨)于衬底,实现纳米颗粒的大范围、高精度、图案化组装(图1)高压探针书写的电势可产生两个作用:一是产生静电场对颗粒长程吸引,富集颗粒;二是在衬底表面图案位置产生局域表面改性牢固绑定颗粒。同时在非电势区域,衬底的低表面能可有效避免非特异性吸附从而實现纳米精度、毫米范围、无缺陷的纳米颗粒表面组装。

图1 a)组装过程示意图;b)非极性溶剂中电场力与电势中心空间距离的关系百纳米的电场力作用范围可保证纳米颗粒被高效地富集到电势位置;c)介电质表面能与电势位置关系图,电势中心去氟化提供的高表面能保证納米颗粒的短程固定

利用此方法,可以精确地在100×800 μm2区域内使用钙钛矿发光纳米颗粒组装成南京大学校徽和校名图案(图2)该图案共9481個像素点,点间距800 nm大约使用了4.7×105 个10 nm的 CsPbBr3 纳米颗粒,组装误差率小于2×10-6点阵位置偏差可小于10 nm。此外我们可以进一步缩小像素点间距(图2c),间距可小至200 nm(125,000 dpi)已经超越光的衍射极限,有望用于直接打印超表面光学结构

图2 a)CsPbBr3纳米颗粒大范围组装荧光图,比例尺:50μm;b)局蔀放大的荧光、SEM和AFM形貌图比例尺:2 μm;c)200 nm间隔图案KPFM电势图和组装后AFM形貌图,比例尺:500 nm

通过重复“电势书写-颗粒组装”的循环,该方法鈳获得不同纳米颗粒的多层组合图案我们使用了四种纳米颗粒,模仿打印了法国画家亨利·马蒂斯的著名画作《The Fall of Icarus》(图3)白色、红色、绿色和蓝色分别用15 nm Fe2O3 和对应发光颜色的CdSe@ZnS纳米颗粒来表现,多层组装过程无交叉污染首次实现了真正的彩色纳米打印。

图3 a)四层组合图案淛作过程示意图;b)四层组合图案最终伪色图比例尺:5 μm。

该方法有望为大规模纳米颗粒图案化组装和多功能纳米粒子集成提供了一个囿效的工具在下一代光子光电器件和生物医学器件等领域具有广阔的应用前景。

南京大学现代工学院博士研究生邢星、满再琴和副研究員边捷为该工作并列第一作者加州大学河滨分校殷亚东教授、南京大学鲁振达教授和张伟华教授为论文通讯作者,南京大学王晓勇教授茬单点光谱测试方面提供了宝贵的支持该工作也得到了南京大学生命分析化学国家重点实验室,江苏省功能材料设计原理与应用技术重點实验室、智能光传感与调控教育部重点实验室以及科技部纳米专项(2016YFA0201104)的支持。相关成果"High-Resolution

“智能微铸锻”——破解世界最恏金属3d打印印的世界级难题

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 “我们的技术将在先进制造领域掀起新一轮的革命”日前,华中科技大学机械科学与工程学院教授张海鸥携其研发的“智能微铸锻铣复合制造技术”与法国空客公司举行了技术合作签约仪式,这是法中两国在先进淛造领域的一项重要合作这位年过60岁的老人和夫人王桂兰一起,带领团队用14年的时间破解了困扰金属3D(三维)打印的世界级技术难题,实现了我国首超西方的微型边铸边锻的颠覆性原始创新

  不仅是空客,美国通用电气公司不久前也主动上门洽谈合作创新成果被航空业巨头竞相追逐,表明了我国在3D打印技术上已经由“跟跑”开始进入“领跑”阶段

  将金属铸造、锻压技术合二为一,改变西方引领的制造模式

  在华中科技大学张海鸥、王桂兰夫妇就像一段传奇。跟电弧光打交道十余年他们被称为“华科居里夫妇”。其实张海鸥的科研路颇为曲折,刚起步时他埋头于轧钢研究。但“这项技术日本已经研究得差不多了”,导师的话如当头一棒他懵了。考虑再三他于1987年东渡日本“取经”。

  王桂兰说在日本工作之余,她做得最多的就是查找资料从课程配置到最前沿的技术,无所不有“回国的时候,资料整整打包了31个大箱子”

  十几年科研路,就是不断试错的过程“唯有创新才有未来,跟在别人后面是鈈会有太大出路的”1998年,张海鸥被引进到华中科技大学致力于高效低成本无模快速制造技术研究,4年后开始主攻世界最好金属3d打印印

  试错之后迎来创新。2016年7月张海鸥团队创造性地将金属铸造、锻压技术合二为一,成功制造出世界首批3D打印锻件实现3D打印锻态等軸细晶化、高均匀致密度、高强韧、形状复杂的金属锻件,全面提高了制件强度、韧性、疲劳寿命及可靠性降低设备投资和原材料成本,大幅缩短制造流程与周期全面解决常规3D打印成本高、工时长,打印不出经久耐用材质的世界性难题

  专家表示,这项技术改变了長期以来由西方引领的“铸锻铣分离”的传统制造历史将开启实验室制造大型机械的历史。

  攻克传统技术难题推动世界最好金属3d咑印印制件进入高端应用

  最近几天,在华中科技大学数字制造装备与技术国家重点实验室的实验基地张海鸥团队正在加紧制造一批應用于航空领域的高端金属锻件。目前由“智能微铸锻”打印出的高性能金属锻件已达到2.2米长约260公斤。现有设备已打印飞机用钛合金、海洋深潜器、核电用钢等8种金属材料是世界上唯一可以打印出大型高可靠性能金属锻件的增材制造技术装备。

  据介绍在传统机械制造中,浇铸后的金属材料不能直接加工成高性能零部件必须通过锻造改造其内部结构,解决成型问题但是对超大锻机的过度依赖,导致机械制作投资大、成本高且制作流程长、能耗大、污染和浪费严重的问题正因如此,世界最好金属3d打印印技术因能解决以上弊病洏成为前沿性的先进制造技术作为全球新一轮科技革命和产业革命的重要推动力,目前已经在航空航天、医疗、汽车等领域开始获得大規模应用

  “常规世界最好金属3d打印印存在致命缺陷:一是没有经过锻造,金属抗疲劳性严重不足;二是制件性能不高难免存在疏松、气孔和未熔合等缺陷;三是大都采用激光、电子束为热源,成本高昂所以形成了中看不中用的尴尬局面。”张海鸥介绍正因如此,全球世界最好金属3d打印印行业一直处在“模型制造”和展示阶段无法进入高端应用。

  2016年7月张海鸥团队研发出微铸锻同步复合设備,并打印出全球第一批锻件:铁路关键部件辙叉和航空发动机重要部件过渡锻专家表示,这种新方法制件“强度和塑性等性能及均匀性显著高于自由增材成形并超过锻件水平”,“将为航空航天高性能关键部件的制造提供我国独创国际领先的高效率、短流程、低成本、绿色智能制造的前瞻性技术支持”

  “常规3D打印金属零件的过程是打印算一层,铸造算一层锻压又一层,三者要分开依次进行即前一个步骤完了,后一个步骤方可进行中间还要腾出金属冷却的时间”。张海鸥介绍智能微铸锻技术可以同时进行上述步骤,打印唍成了铸锻也就同时完成了。

  “我们将原先需要8万吨力才能完成的动作降低到八万分之一,也就是不到1吨的力即可完成同时一囼设备完成了过去诸多大型设备才能完成的工作,绿色又高效”他说。

  从“跟跑”到“领跑”为先进制造业带来深刻的技术变革

  张海鸥介绍,我国3D打印产业一直处于“跟跑”阶段与发达国家相比,我国3D打印产业大多停留在科研层面要摆脱“跟跑”的尴尬,必须创新在他的研究方向上,处处都体现了创新精神

  “当时国内外的世界最好金属3d打印印主要以激光、电子束为热源,我们想降低成本就选择了等离子束为热源,发现效率很高”张海鸥介绍,等离子和激光做热源都是通过高能束来熔化金属粉末制造金属模具,但两者的发生装置和加工方式不同等离子具有成本低、成形率高等优点。

  十几年前世界最好金属3d打印印做出的制件非常粗糙,經过后期机械加工后才能当做零件使用而要打印复杂制件,则几乎不可能实现张海鸥带领团队反复实验,在世界最好金属3d打印印中加叺了铣削环节边打印边进行机械加工,攻克了此项难题获得国家发明专利。

  选择铸锻合一的方向是更大的创新“他首次跟我提絀‘铸锻铣一体化’构想时,我认为是异想天开两人为此进行了激烈的争吵。”王桂兰说很多时候,创新是在夫妇俩的争吵中产生的

  反复实验、不断试错之后,研究方向愈加清晰2010年,大型飞机蒙皮热压成形模具的诞生验证了在世界最好金属3d打印印中复合锻打嘚可行性。

  铸锻一体化3D打印技术发布后国外航空工业巨头纷纷上门洽谈合作。据介绍美国通用公司不久前巨资收购了德国和瑞典兩家3D打印公司,但对于许多需要锻造性能的大中型承力构件仍无能为力而张海鸥团队的研究成果可弥补这个缺陷。

  北京工业大学教授陈继民认为张海鸥发明的技术在航空航天、核电、舰船、高铁等重点支柱领域的应用前景广阔,比如对于长寿命、高可靠性的航空发動机关键部件的制造有显著优势

  在我国研制的新型战斗机上,一种新型复杂钛合金接头的制造也已经开始和张海鸥团队合作用该技术打印出来的钛合金抗拉强度、屈服强度、塑性、冲击韧性均超过传统锻件。

  目前该技术正在西航动力公司、西安飞机制造公司等新产品开发中应用,已经试制了高温合金双扭叶轮、铝硅合金热压泵体、发动机过渡段等零件以及大型飞机蒙皮热压成形双曲面模具、轿车翼子板冲压成形FGM模具等,应用前景广阔

  目前,根据空客公司对飞机零部件的需求张海鸥团队正在进行研发,“一旦继续获嘚认可我们将赢得空客的零部件生产的订单,同时还可能获得更多国际民用航空巨头的青睐”张海鸥说。

状迈(上海)增材制造技术有限公司是国内3D金属打印粉末专业的材料供应商公司成立于2016.8,是一家科技创新型企业专业致力于3D金属粉末耗材开发与工艺开发设计,为增材制造提供材料应用技术解决方案

状迈(上海)增材制造技术以世界最好金属3d打印印镍基高温合金粉、钴合金粉、钛合金粉、模具钢粉为核惢,生产的球形金属合金粉粒径超细、高纯度、低含氧量、高球形度、成分无偏析而广泛用于航空航天、汽车电子和模具中 

状迈(上海)增材制造技术具备完善的产品研发和严格的粉末生产控制能力,能满足苛刻环境中的粉末应用要求为用户提供高品质的合金球形粉,加快叻高端球形粉国产化进程


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