{首页主词},&

好消息！納米尺度3D打印出現(xiàn)新突破

2018-01-09 15:17:01 作者：本網(wǎng)整理分享至：

通過(guò)雙光子光刻（TPL）3D打印工藝，研究人員可以打印出具有人發(fā)寬度幾分之一的亞微米特征的木垛晶格

勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LLNL）因其深入的材料研究而聞名，其經(jīng)常涉及高級(jí)3D打印技術(shù)，包括在納米尺度上進(jìn)行3D打印。最近實(shí)驗(yàn)室有了新發(fā)現(xiàn)，可以提高納米級(jí)3D打印能力。雙光子光刻是一種高分辨率3D打印技術(shù)，能夠產(chǎn)生小于人類頭發(fā)寬度百分之一的納米級(jí)特征。LLNL的發(fā)現(xiàn)擴(kuò)展了其潛力，并且為X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）無(wú)創(chuàng)分析嵌入式3D打印的醫(yī)療裝置或植入物中的壓力或缺陷提供了可能。

雙光子光刻不同于其他3D打印方法，它可以產(chǎn)生小于激光點(diǎn)的特征。它還能夠繞過(guò)常規(guī)衍射極限，因?yàn)楣袒陀不纬山Y(jié)構(gòu)的光致抗蝕劑材料可以同時(shí)吸收兩個(gè)光子而非一個(gè)光子。通常情況下，這種技術(shù)需要一個(gè)薄玻璃滑塊、一個(gè)透鏡和一份浸泡油，以使激光聚焦到合適的點(diǎn)。

LLNL團(tuán)隊(duì)在一篇名為“雙光子光刻的不透射線抗蝕劑實(shí)現(xiàn)X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)對(duì)聚合物部件的亞微米3D成像”的論文中詳細(xì)介紹了其研究成果。在這篇論文中，研究人員描述了他們?nèi)绾纹平饬穗p光子光刻優(yōu)化的抗蝕劑材料上的難題，并形成特征小于150納米的三維微結(jié)構(gòu)。過(guò)去的技術(shù)從底層構(gòu)建結(jié)構(gòu)，限制了物體的尺寸，因?yàn)檩d玻片和透鏡之間的距離通常為200微米或更小。但是通過(guò)將抗蝕劑材料直接置于鏡頭上并通過(guò)抗蝕劑將激光聚焦，研究人員可以利用3D打印技術(shù)得到多倍于毫米高的物體。

LLNL的研究人員在一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基座上打印了亞微米特征的八角形桁架結(jié)構(gòu)，其直徑相近于人的頭發(fā)研究人員還可調(diào)整和增加光敏聚合物抗蝕劑所吸收的X射線量，這將使常用的光阻劑的衰減幅度提高10倍以上。LLNL研究員James Oakdale說(shuō)：“這篇論文中，我們解開了在雙光子光刻系統(tǒng)上定制材料而不會(huì)失去分辨率的秘密。”

研究人員稱，激光在穿過(guò)光致抗蝕劑材料時(shí)會(huì)發(fā)生折射，因此關(guān)鍵是“折射率匹配”，或者說(shuō)找出如何使抗蝕劑材料的折射率與透鏡的浸潤(rùn)介質(zhì)相匹配，只有這樣激光器才可以順利通過(guò)。索引匹配使3D打印能夠生產(chǎn)出小到100nm的零件。

該論文的第一作者Sourabh Saha說(shuō)：“大多數(shù)希望使用雙光子光刻技術(shù)印刷功能三維結(jié)構(gòu)的研究人員需要高于100微米的部件。使用這些索引匹配的抗蝕劑，就可以打印任何想要的結(jié)構(gòu)高度，唯一的限制就是速度。這是一個(gè)權(quán)衡，但現(xiàn)在我們知道如何做到這一點(diǎn)，可以診斷和改進(jìn)這個(gè)過(guò)程。”

圖為打印出的具有人發(fā)寬度的亞微米特征的木垛晶格

通過(guò)對(duì)材料的x射線吸收進(jìn)行調(diào)優(yōu)，研究人員可以使用x射線計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)作為診斷工具，在不切開的情況下檢查零件的內(nèi)部，或者在人體內(nèi)部像關(guān)節(jié)置換、支架或骨骼支架等使用3D打印的零件。他們還可以使用新技術(shù)來(lái)制造和探測(cè)國(guó)家點(diǎn)火裝置的目標(biāo)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，以及光學(xué)和機(jī)械的超材料和3D印制的電化學(xué)電池。

下一個(gè)目標(biāo)是并行化和加速這個(gè)過(guò)程。研究人員還希望創(chuàng)造更小的特征并增加更多功能，最終達(dá)到使用3D打印技術(shù)打印任何任務(wù)關(guān)鍵部件的目標(biāo)。

Saha說(shuō)：“這只是我們解決的難題中的一小部分，但我們現(xiàn)在更有信心在這個(gè)領(lǐng)域馳騁，并且堅(jiān)信有針對(duì)不同類型應(yīng)用的潛在解決方案。我們?cè)谠絹?lái)越大的結(jié)構(gòu)中推動(dòng)越來(lái)越小的特征，使我們更接近世界科學(xué)研究的前沿。而在應(yīng)用方面，我們正在開發(fā)新的實(shí)用打印方式。”

論文的作者包括Sourabh K. Saha，James S. Oakdale，Jefferson A. Cuadra，Chuck Divin，葉劍超，Jean-Baptiste Forien，Leonardus B. Bayu Aji，Juergen Biener和William L. Smith。

更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國(guó)內(nèi)外最新動(dòng)態(tài)，我們網(wǎng)站會(huì)不斷更新。希望大家一直關(guān)注中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)http://www.ecorr.org

責(zé)任編輯：殷鵬飛

《中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事
投稿聯(lián)系：編輯部
電話：010-62313558-806
郵箱：fsfhzy666@163.com
中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414