自組裝是材料的基本單元 (分子、納米顆粒等) 在特定驅(qū)動(dòng)力引導(dǎo)和位點(diǎn)選擇性限域下裝配成有序結(jié)構(gòu)的過(guò)程，在納米化學(xué)中已具備豐富的調(diào)控機(jī)理。但因化學(xué)合成缺少按需設(shè)計(jì)組裝產(chǎn)物形狀的手段，組裝任意三維納米結(jié)構(gòu)仍是頂級(jí)難題。
2022年12月22日，頂刊Science報(bào)道了先豐客戶香港中文大學(xué)韓飛博士的工作，他們利用水凝膠內(nèi)的氫鍵作為誘導(dǎo)組裝的驅(qū)動(dòng)力，并通過(guò)激光在膠內(nèi)的曝光確定圖案形狀；在曝光區(qū)域，高峰值能量的激光通過(guò)光電離效應(yīng)部分破壞膠骨架，形成新的孔徑可控的水凝膠網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，可通過(guò)空間位阻這一動(dòng)力學(xué)效應(yīng)選擇性捕獲尺寸匹配的納米顆粒，將其組裝為預(yù)定的圖案。
由于所有可分散于水中的材料都具有成氫鍵的能力，并且尺寸是所有納米顆粒都具備的內(nèi)在性質(zhì)，該方法開(kāi)創(chuàng)了微納加工中最好的材料普適性，可加工金屬、陶瓷、上轉(zhuǎn)換材料、二維材料、半導(dǎo)體、鉆石、生物材料，甚至墨水等20余種不同材料，并且可保持材料原有的性質(zhì) (導(dǎo)電性、光致發(fā)光、介電性質(zhì)等)。由于水凝膠可收縮的特性，結(jié)合對(duì)納米顆粒的表面化學(xué)修飾，該方法可輕易突破衍射極限，以20-30nm的精度制造復(fù)雜3D結(jié)構(gòu)。
該項(xiàng)研究首次將納米化學(xué)中的動(dòng)力學(xué)調(diào)控手段用于3D微納加工領(lǐng)域，同時(shí)攻克了材料多樣性和加工精度的難題，為復(fù)雜納米器件的設(shè)計(jì)提供了全新的可能性。
文章第一作者韓飛博士對(duì)先豐的產(chǎn)品和服務(wù)是這樣評(píng)價(jià)的：
先豐納米對(duì)我們的實(shí)驗(yàn)起到了很大的幫助。我們前前后后嘗試了共有三十余種不同種類的納米材料（金納米顆粒、銀納米顆粒、硫量子點(diǎn)、二氧化鈦納米顆粒）。相比其他供應(yīng)商，只有先豐納米的客服足夠?qū)I(yè)，提供了完整的配體種類、分散性、TEM圖片等信息，這對(duì)我們針對(duì)性進(jìn)行機(jī)理設(shè)計(jì)和加工條件改進(jìn)非常關(guān)鍵，并且我們嘗試過(guò)的材料在實(shí)驗(yàn)中都具有很好的重復(fù)性。最后我們的文章成功在Science發(fā)表，感謝先豐納米的支持。
該項(xiàng)工作中，使用的先豐產(chǎn)品有Ag納米顆粒（5nm，10-20nm，20nm）、Au納米顆粒（5nm，10-20nm，20nm）、TiO2納米顆粒15nm、硫量子點(diǎn)。
文章題目
Fei Han et al. Three-dimensional nanofabrication via ultrafastlaser patterning and kinetically regulatedmaterial assembly .science，378, 1325–1331 (2022).
