高丽大学、KAIST与韩国机械研究院联合开发新型纳米转印技术

无需胶粘剂即可将纳米结构转移至曲面透镜、植物叶片和荷叶表面

金属超薄膜漂浮于水面后直接转印，无需加热、加压、有毒溶剂或胶粘剂

有望应用于智慧农业、可穿戴医疗健康及生物电子等下一代监测传感器领域

 

高丽大学世宗校区（副校长 梁智雲）控制与测量工程系安俊成教授团队联合KAIST机械工程系朴仁圭（音）教授团队以及韩国机械研究院（KIMM）郑俊浩（音）博士团队，成功开发出一种名为“水面漂浮纳米转印（WF-nTP，Water-Floating nanoTransfer Printing）”的新型技术。该技术可将漂浮于水面的精密图案化金属薄膜转移到曲面光学透镜、植物叶片、荷叶等多种三维表面。

 

该研究突破了传统纳米转印技术在基底适用性方面的限制。纳米转印技术是一种将预先制备好的纳米结构转移至目标表面的制造方法，广泛应用于超高分辨率电路、光学器件和化学传感器等领域。然而，现有技术通常需要使用有毒溶剂、强力胶粘剂或高温处理来实现图案分离，且大多只能应用于平面基底，因此难以用于曲面或对热、压力敏感的生物表面。

 

为解决上述问题，研究团队提出了一种全新的转印方式：将图案化金属超薄膜直接漂浮于水面，再将其转移至目标表面。研究人员首先利用纳米压印工艺在聚合物模板上制备图案，并沉积金（Au）、铂（Pt）、钯（Pd）、镍（Ni）等金属薄膜。随后通过等离子体处理在金属薄膜与模板之间形成纳米级空隙。当模板浸入水中时，水分子渗入空隙，使金属薄膜自然脱离模板，并以约20纳米厚度漂浮于水面，同时保持原有精细图案结构。

 

随后，研究团队采用“舀取式转移（Scooping）”方式进行转印，即将目标物体置于漂浮薄膜下方，再缓慢向上提起。随着表面水分蒸发产生的毛细作用力，薄膜能够紧密贴附于目标表面；待水分完全蒸发后，分子间的范德华力进一步实现稳定附着，无需额外使用任何胶粘剂。

 

该技术最大的优势之一在于其广泛的表面适用性。研究团队成功将金属薄膜无裂纹地转印到曲率半径仅为6毫米的凸面光学透镜、植物叶片以及苹果和橙子表面等复杂粗糙结构上。此外，通过调节水与乙醇的混合比例来控制表面张力，研究人员还成功实现了在荷叶以及可拉伸热塑性聚氨酯（TPU）纤维等疏水性表面上的转印。

 

为验证技术应用潜力，研究团队展示了两项代表性应用成果。

第一项应用为用于农药残留检测的表面增强拉曼散射（SERS）传感器。研究人员通过构建多层金属纳米结构增强分子信号，并将其直接转印至柠檬橙树的叶片和果实表面，成功检测出农药成分福美双（Thiram）。该成果表明，该技术有望实现无需采摘果实和叶片的现场无损农药残留检测。

 

第二项应用为基于弹性纤维的氢气传感器。研究团队将对氢气敏感的钯（Pd）超薄膜转印至TPU纤维表面，成功实现对浓度低至1%的氢气进行稳定检测，低于工业安全警戒浓度。同时，该传感器对一氧化碳、硫化氢和二氧化氮等其他气体几乎无响应，展现出优异的选择性。

 

高丽大学世宗校区安俊成（音）教授表示：“本研究开发的技术突破了传统纳米转印工艺长期存在的基底限制问题，使得在植物叶片、人类皮肤等对热和压力敏感的表面上实现高精度纳米图案制造成为可能。未来，该技术有望成为智慧农业无损农药监测、可穿戴健康监测设备以及生物电子系统等先进产业的重要基础技术。”

 

本研究由KAIST机械工程系及韩国机械研究院纳米光刻研究中心博士研究生姜炳昊担任第一作者，研究成果以题为《用于三维纳米转印印刷的多功能水面浮游纳米结构》《Versatile Water-Floated Nanostructures for Three-Dimensional Nanotransfer Printing》的论文，于2026年3月30日发表于国际顶级学术期刊《自然通讯》(Nature Communications)。

 

该研究获得韩国产业通商资源部（MOTIE）、韩国产业技术企划评价院（KEIT）“K-Sensor技术开发项目”、韩国国家研究基金会（NRF）中坚研究者项目以及KEIT“Alchemist Project”等项目资助。

 

高丽大学世宗校区宣传集资部

                                                                                                                                          翻译：赵炫怡