比翱观察丨桌面3D纳米打印技术：扩大超材料与光学器组件的研制范围- 大数跨境

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比翱观察丨桌面3D纳米打印技术：扩大超材料与光学器组件的研制范围

两江科技评论

2023-09-26

导读：浙江大学光电信息工程团队《Optics Letters》工作：新的3D纳米打印技术足够精确，可以打印超材料以及各种光学器件和组件，如微透镜、微光学器件和超材料。

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研究人员开发了一种易于构建、低成本的3D纳米打印系统，可以创建具有极其精细特征的任意3D结构。新的3D纳米打印技术足够精确，可以打印超材料以及各种光学器件和组件，如微透镜、微光学器件和超材料。

“我们的系统采用两步吸收工艺实现3D打印，精度达到纳米级，适合商业制造，”浙江大学光电信息工程学系匡翠方说。“它可以用于各种应用，如打印用于研究生物细胞的微结构或纳米结构，或制造用于虚拟和增强现实设备的专用光波导。”

研究人员使用他们的新系统制作了各种详细的3D结构，包括一个3D堆木结构（a和b）、一个20微米直径的巴克球（buckyball）（c）和两个立方体箱形框架（d）。这些图像是用电子显微镜获得的。来源：浙江大学

传统的高分辨率3D纳米打印方法使用花费数万美元的脉冲飞秒激光器。在《Optics Letters》中，匡教授和他的同事描述了他们的新系统，该系统基于集成光纤耦合连续波激光二极管，不仅价格低廉，而且易于操作。

匡教授说：“这种新方法有助于科学家，甚至是那些不熟悉这种制造方法通常使用的光学系统的科学家，可以使用3D纳米打印。”。“它最终可能导致低成本的桌面3D纳米打印设备，可以为任何人提供精确的纳米打印。”

创建一个简单的设置

特征尺寸约为100 nm的3D打印对象通常需要一种称为双光子吸收的技术。这涉及到使用昂贵的飞秒激光器来实现精确的3D光子吸收，该光子吸收固化或聚合对光敏感的液体树脂。

最近，卡尔斯鲁厄理工学院Vincent Hahn的研究团队开发了一种称为两步吸收的方法，作为双光子吸收的替代方案。它使用一种称为联苯的特殊光引发剂与单一光源一起产生聚合反应。在这项新工作中，研究人员开发了一种简化、更快的3D纳米打印两步吸收系统，该系统使用405 nm波长的集成光纤耦合激光器。

对于使用新系统的2D或3D打印，来自单模保偏光纤的激光束被准直并引导到检流计反射镜上。然后用高数值孔径显微镜物镜将其聚焦到光敏材料中。

打印微小对象

匡说：“这个简单的系统不需要大量的光学元件来调制激光束，这节省了资金，也减少了光学像差或误差。”。“它还高度稳定，与大多数商用显微镜兼容。”

研究人员展示了他们的3D纳米打印系统，用它低速打印横向周期为350纳米的2D线光栅和3D堆木纳米结构。使用每秒1000微米的更快扫描速度，在激光功率小于1mW的情况下，仍然可以制造出分辨率低于200 nm、线宽低于50 nm的2D光栅。

研究人员目前正在努力提高该技术的写作速度和质量，同时保持高分辨率。这将使该系统可用于更多的应用程序。

参考文献：X. Liu et al, High-resolution 3D nanoprinting based on two-step absorption via an integrated fiber-coupled laser diode, Optics Letters(2023). DOI: 10.1364/495286 opg.optica.org/ol/abstract.cfm?uri=ol-48-16-4300

通过阅读原文了解此项研究成果。

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