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  2. 好消息!納米尺度3D打印出現新突破
    2018-01-09 15:17:01 作者:本網整理 分享至:

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

     

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        勞倫斯利弗莫爾國家實驗室(LLNL)因其深入的材料研究而聞名,其經常涉及高級3D打印技術,包括在納米尺度上進行3D打印。最近實驗室有了新發現,可以提高納米級3D打印能力。雙光子光刻是一種高分辨率3D打印技術,能夠產生小于人類頭發寬度百分之一的納米級特征。LLNL的發現擴展了其潛力,并且為X射線計算機斷層掃描(CT)無創分析嵌入式3D打印的醫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,它可以產生小于激光點的特征。它還能夠繞過常規衍射極限,因為固化和硬化形成結構的光致抗蝕劑材料可以同時吸收兩個光子而非一個光子。通常情況下,這種技術需要一個薄玻璃滑塊、一個透鏡和一份浸泡油,以使激光聚焦到合適的點。

        LLNL團隊在一篇名為“雙光子光刻的不透射線抗蝕劑實現X射線計算機斷層掃描技術對聚合物部件的亞微米3D成像”的論文中詳細介紹了其研究成果。在這篇論文中,研究人員描述了他們如何破解了雙光子光刻優化的抗蝕劑材料上的難題,并形成特征小于150納米的三維微結構。過去的技術從底層構建結構,限制了物體的尺寸,因為載玻片和透鏡之間的距離通常為200微米或更小。但是通過將抗蝕劑材料直接置于鏡頭上并通過抗蝕劑將激光聚焦,研究人員可以利用3D打印技術得到多倍于毫米高的物體。

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        LLNL的研究人員在一個堅實的基座上打印了亞微米特征的八角形桁架結構,其直徑相近于人的頭發研究人員還可調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:“這篇論文中,我們解開了在雙光子光刻系統上定制材料而不會失去分辨率的秘密。”

        研究人員稱,激光在穿過光致抗蝕劑材料時會發生折射,因此關鍵是“折射率匹配”,或者說找出如何使抗蝕劑材料的折射率與透鏡的浸潤介質相匹配,只有這樣激光器才可以順利通過。索引匹配使3D打印能夠生產出小到100nm的零件。

        該論文的第一作者Sourabh Saha說:“大多數希望使用雙光子光刻技術印刷功能三維結構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構高度,唯一的限制就是速度。這是一個權衡,但現在我們知道如何做到這一點,可以診斷和改進這個過程。”

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        圖為打印出的具有人發寬度的亞微米特征的木垛晶格
     
        通過對材料的x射線吸收進行調優,研究人員可以使用x射線計算機斷層掃描技術作為診斷工具,在不切開的情況下檢查零件的內部,或者在人體內部像關節置換、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來制造和探測國家點火裝置的目標內部結構,以及光學和機械的超材料和3D印制的電化學電池。

        下一個目標是并行化和加速這個過程。研究人員還希望創造更小的特征并增加更多功能,最終達到使用3D打印技術打印任何任務關鍵部件的目標。

        Saha說:“這只是我們解決的難題中的一小部分,但我們現在更有信心在這個領域馳騁,并且堅信有針對不同類型應用的潛在解決方案。我們在越來越大的結構中推動越來越小的特征,使我們更接近世界科學研究的前沿。而在應用方面,我們正在開發新的實用打印方式。”

        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。
     

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    責任編輯:殷鵬飛


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