簡單的3D列印設備可能可以為更強大的手機和Wi-Fi鋪平道路

下一代的手機和無線設備將需要新的天線來接入越來越高的頻率範圍。製造在幾十千兆赫（5G和更高設備所需的頻率）下工作的天線的一種方法是編織直徑約為1微米的絲線。然而，今天的工業製造技術無法在這麼小的纖維上完成。

現在，來自哈佛大學約翰-A-保爾森工程與應用科學學院（SEAS）的一個工程師和科學家團隊已經開發出一種簡單的機器，利用水的表面張力來抓住和操縱微觀物體。這一非凡的創新為納米製造提供了一個潛在的強大工具。

這項研究於10月26日發表在《自然》雜誌上。

"我們的工作為製造微觀結構和可能的納米結構材料提供了一種潛在的廉價方法，"瓦格納家族化學工程教授和東南大學物理學教授、該論文的資深作者Vinothan Manoharan說。"與其他微操縱方法不同，如激光鑷子，我們的機器可以很容易製造。我們使用一缸水和一台3D印表機，就像許多公共圖書館裡的印表機一樣。"

該機器是一個3D列印的塑料矩形，大約有一個舊的任天堂遊戲卡匣大小。該設備的內部刻有相交的通道。每個通道都有寬窄不同的部分，類似於一條河流，在某些部分擴張，在其他部分變窄。通道壁是親水的，意味著它們會主動吸引水。

通過一系列模擬和實驗，科學家們發現，當他們將設備浸入水中並將一個毫米大小的塑料浮子放在通道中時，水的表面張力導致通道壁排斥浮子。如果浮子在通道的一個狹窄部分，它就會移動到一個寬闊的部分，在那裡它可以儘可能地遠離牆壁漂浮。

一旦進入渠道的寬闊部分，浮子就會被困在中心，被牆壁和浮子之間的排斥力固定在那裡。當設備被抬出水面時，隨著航道形狀的改變，排斥力也隨之改變。如果浮子一開始是在一個寬闊的通道中，那麼隨著水位的下降，它可能會發現自己處於一個狹窄的通道中，需要向左或向右移動，以找到一個更寬的地方。

"當我們發現我們可以通過改變誘捕通道的橫截面來移動物體時，"SEAS的助理和該論文的第一作者之一法博格說。

接下來，研究人員將微小的纖維附著在浮子上。隨著水位的變化，浮子在通道內向左或向右移動，纖維互相纏繞。

瑪雅-法博格表示："當在我們的第一次嘗試中--我們只用一塊塑料、一個水箱和一個可以上下移動的檯面交叉了兩根纖維，這是一個讓人大呼過癮的時刻。"

該團隊隨後增加了第三個帶有纖維的浮子，並設計了一系列的通道，以編織模式移動浮子。他們成功地將合成材料Kevlar的微米級纖維編織起來。該辮子就像傳統的三股髮辮，只是每根纖維比一根人類頭髮小10倍。

接下來，調查人員證明了浮子本身可以是微觀的。他們建造了可以捕獲和移動10微米大小的膠體粒子的機器--儘管這些機器比它大一千倍。

"我們不確定它是否會工作，但我們的計算表明它是可能的，"東南大學的博士生和該論文的共同作者Ahmed Sherif說。"所以我們嘗試了一下，它成功了。表面張力的神奇之處在於，它產生的力足夠溫和，可以抓住微小的物體，甚至可以用一台大到可以放在你手中的機器。"

接下來，該團隊的目標是設計能夠同時操縱許多纖維的設備，目的是製造高頻導體。他們還計劃設計其他用於微製造的機器，例如用微球建造光學設備的材料。

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