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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

勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）因其深入的材料研究而聞名，其經(jīng)常涉及高級3D打印技術(shù)，包括在納米尺度上進行3D打印。最近實驗室有了新發(fā)現(xiàn)，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(shù)，能夠產(chǎn)生小于人類頭發(fā)寬度百分之一的納米級特征。LLNL的發(fā)現(xiàn)擴展了其潛力，并且為X射線計算機斷層掃描（CT）無創(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)生小于激光點的特征。它還能夠繞過常規(guī)衍射極限，因為固化和硬化形成結(jié)構(gòu)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(shù)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(xiàn)X射線計算機斷層掃描技術(shù)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?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)。過去的技術(shù)從底層構(gòu)建結(jié)構(gòu)，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(shù)得到多倍于毫米高的物體。

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(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：“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(fā)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(zhì)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(chǎn)出小到100nm的零件。

該論文的第一作者Sourabh Saha說：“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。這是一個權(quán)衡，但現(xiàn)在我們知道如何做到這一點，可以診斷和改進這個過程。”

圖為打印出的具有人發(fā)寬度的亞微米特征的木垛晶格

通過對材料的x射線吸收進行調(diào)優(yōu)，研究人員可以使用x射線計算機斷層掃描技術(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)來制造和探測國家點火裝置的目標內(nèi)部結(jié)構(gòu)，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(chuàng)造更小的特征并增加更多功能，最終達到使用3D打印技術(shù)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(xiàn)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(jié)構(gòu)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(fā)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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