该自主研制的新型3D纳米打印机（授权发明专利1项，已申请6项发明专利），通过操纵施加的电场和流场，成功创制了多种材料的金属三维复杂结构阵列，仅需20分钟便可快速打印多达64 00万个纳米结构，而传统的微纳尺度金属3D打印技术，依赖于实物喷嘴或电子/离子束/激光，逐次打印单个结构，无法兼顾纳米级精度和大规模的加工。该打印机的特别之处在于将筛选的纳米颗粒实现原位打印并将其通过“电力线画笔”构筑复杂/多样的金属3D纳米结构阵列。其中，双层流包括富含纳米颗粒的顶层（即气溶胶流）和无纳米颗粒的高纯惰性气体层的双层流场，与电场产生耦合（图1a），从气溶胶中筛选出特定尺寸的颗粒（小于5 nm），并将其原位打印。采用的高纯载气确保了打印结构的纯度，无需后处理工艺便可保持纳米结构的金属性。对流场和电场耦合调控可进一步筛选更小的粒子用于原位打印，实验已实现了线宽为14nm的金属打印（图1k，l）。
图2：纳米结构的周期阵列，证实了大阵列结构的多样性、规整性和一致性，比例尺5 μm。
图3：多种材料和复杂三维构型的纳米结构，展示了材料选择和几何构型控制上的灵活度;（i，j）调换顺序利用多种材料打印相似结构;（l-p）利用不同材料打印相似结构；展示了该技术在多材料打印以及可重复性等方面的能力；比例尺为1 μm。
漂浮于气体中的粒子在电场中的迁移只受电荷数和尺寸两个参数影响，只要控制这两个参数就可实现任意材料打印，比如金属、合金、半导体和绝缘体等。其他能微尺度打印的技术受限于材料种类，只能打印一种或几种材料，比如喷墨直写受材料流变动力学和粘度等影响；光固化手段严格依赖于光敏材料；电子束/离子束需特定前驱体等。该工作引入了双层流场与电场耦合实现了特定尺寸的纳米颗粒的精准筛选，通过预设电场的空间构型，即可实现对任意材料的“电力线画笔的描绘”，本工作中也展示了利用多种材料（单金属的Pt、Au、Ag、Pd，双元合金Ni―Ti和Au―Ag，以及高熵合金Ni―Cr―Co―Mo―Ag）构筑复杂三维结构阵列的独特能力（图2，3），证明了该技术的通用性、稳定性与一致性。该技术兼顾纳米级精度和多材料的打印能力，且能与二维的精密化相互补充，有望助力采用多种材料的尖端逻辑半导体晶体管和倒装芯片的发展。
