解开纳米级3D打印的秘密

发布:cyqdesign 2018-01-08 16:48 阅读:477

劳伦斯利物莫国家实验室(LLNL)的研究人员发现延长双光子光刻技术(TPL)能力的新途径,一个高分辨率的三维打印技术能够生产纳米尺寸的结构,其宽度小于人类头发宽度的一百分之一。

这一研究结果,最近发表在杂志《ACS Applied Materials & Interfaces》上,同时具有X射线计算机断层扫描(CT)潜力分析的应力,或者用于实现缺陷的无创性医疗器械和植入物嵌入的3-D印刷制作。

双光子光刻通常需要一个薄的玻璃片、一个透镜,并且需要油浸来帮助激光聚焦到固化和打印的细微点上。它不同于其他3D打印方法的分辨率,因为它能产生特征小于激光光斑,规模没有其他印刷工艺可以匹配。该技术绕过了其他方法通常的衍射极限,因为固化和硬化产生的光致抗蚀剂材料以前是商业秘密,其中材料同时吸收两个光子而不是一个。

在论文中,劳伦斯利物莫国家实验室的研究人员描述了光刻胶材料的双光子光刻技术和三维微结构与功能小于150纳米的形成优化破解密码。以前的技术从基板建造了结构,限制了物体的高度,因为玻璃幻灯片和镜头之间的距离通常是200微米或更小。通过转动头部的过程,将抗蚀材料直接放在镜头上,通过抗蚀剂聚焦激光,研究人员现在可以打印出几毫米高的物体了。此外,研究人员能够调整和提高X射线光抗可以吸收量,超过10倍的常用技术的光致抗蚀剂提高衰减。

上图所示为劳伦斯利物莫国家实验室研究印刷的八桁架结构顶部的一个类似于人类头发直径的固体碱的亚微米级的功能结构。来源: 劳伦斯利物莫国家实验室

“在这篇文章中,我们已经解开了秘密制造定制材料双光子光刻系统,而不损失分辨率,”劳伦斯利物莫国家实验室研究员James Oakdale说,他是该论文的共同作者。

由于激光光线折射通过光刻胶材料,这是要解决的关键难题,研究人员说,“折射率匹配”发现如何匹配的抗蚀材料的透镜浸没介质的折射率,激光可以畅通通过。索引匹配打开了打印较大的部件的可能性,他们说,具有100纳米的特性。

“大多数研究人员想要使用双光子光刻印刷功能的三维结构要比100微米的部分更高,”Sourabh Saha说,特也是论文的主要作者。“使用这些索引匹配的抗蚀剂,您可以像您希望的那样打印结构。唯一的限制是速度。这是一种折衷,但现在我们知道如何做到这一点,我们可以诊断和改进这个过程。”

通过双光子光刻(TPL)3D打印过程中,研究人员可以打印木质晶格结构特,其宽度约为人类头发宽度的一部分。

通过调整材料的X射线吸收,研究人员现在可以使用X射线计算机断层扫描对图像部分的内部在不切割开的情况下进行调查,或利用3-D打印技术嵌入体诊断工具,如支架、关节或骨支架。这些技术也可用来生产特殊需求的内部结构的探针,以及光学和机械材料,3-D印刷电化学电池等。

唯一的限制因素是需要创建时间,所以研究者下一步会研究并行化和加速过程。他们打算移动到更小的功能,并在将来添加更多的功能,使用该技术构建真正的关键任务部件。

“我们目前解决的问题只是一个非常小的一块,但我们更相信我们的能力,开始在这一领域逐步开展研究,”Saha说。“我们正走在一条我们知道我们有不同类型应用程序的潜在解决方案的道路上。我们在越来越大的结构中寻求越来越小的功能,使我们更接近世界其他地方正在进行的科学研究的前沿。在应用方面,我们正在开发新的实用的打印方法。

原文来源:https://phys.org/news/2018-01-lab-secrets-nanoscale-d.html(实验帮译)

关键词: 纳米3D打印
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上官南图 2018-01-24 10:22
双光子光刻目前仍是突破光学衍射极限的一种很重要的加工方式。
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