Новая оптика и фотоника

Патрисия Даукантас

Исследователи разработали простую в сборке и недорогую систему 3D-нанопечати, которая может создавать произвольные 3D-структуры с чрезвычайно тонкими характеристиками. Метод совместим с большинством коммерческих микроскопов. [Изображение: Цуйфан Куанг, Чжэцзянский университет]

Сообщается, что исследователи из Китая разработали недорогую систему 3D-лазерной печати, которая позволяет изготавливать структуры размером всего несколько сотен нанометров (Opt. Lett., doi: 10.1364/OL.495286). В этом методе используется двухэтапное поглощение для создания различных наноструктур, включая двумерные решетки с периодами менее 150 нм. Новый метод, заменяющий двухфотонное поглощение мощным фемтосекундным лазером, может быть использован для создания множества оптических компонентов — от метаматериалов до микролинз.

Ученые уже знают, как использовать нелинейное двухфотонное поглощение, чтобы запустить процесс фотополимеризации в материалах для 3D-печати и создать наноразмерные элементы. Однако для этого процесса требуется дорогой и привередливый фемтосекундный лазер.

Цуйфан Куанг из Университета Чжэцзяна и его коллеги из Университета Чжэцзяна применили более новый подход: использовать двухэтапное поглощение для возбуждения молекул фотоинициатора, которые управляют процессом 3D-печати. При правильных условиях двухступенчатое поглощение демонстрирует тот же нелинейный эффект, что и двухфотонное поглощение, но выходной сигнал с длиной волны 405 нм от обычного лазерного диода непрерывного действия, аналогичного источникам света в проигрывателях Blu-ray, достаточен для питания. печать.

Исследователи использовали свою новую систему для создания множества детализированных 3D-структур, в том числе 3D-структуры из поленницы (верхний ряд), бакибола диаметром 20 мкм (внизу слева) и двух кубических коробчатых рамок (внизу справа). Изображения были получены с помощью электронного микроскопа. [Изображение: Цуйфан Куанг, Чжэцзянский университет]

Команда использовала непрерывный лазер с длиной волны 532 нм в качестве второго источника в двухэтапном процессе поглощения. Экспериментальная установка объединяла лучи с гальванометрическими и дихроичными зеркалами и фокусировала их через объектив масляно-иммерсионного микроскопа на фоторезист, который включал в себя органическое соединение под названием бензил в качестве фотоинициатора. Пьезоэлектрический столик управлял движением, в то время как установка сканировала фоторезист световым лучом.

При скорости сканирования 100 мкм/с устройство создавало двумерные линии решетки, которые были четко различимы друг от друга на периодах от 125 до 140 нм. Команда также напечатала восьмислойный 3D-фотонный кристалл из поленницы с латеральным периодом 350 нм и структурой «бакибол» диаметром всего 20 мкм.

Даже когда команда увеличила скорость сканирования на порядок до 1000 мкм/с, установка позволила получить различимые полимерные наноструктуры в двух и трех измерениях. Исследователи отметили, что действие зеленого лазера с длиной волны 532 нм усиливает процесс полимеризации, тогда как более высокие скорости сканирования означают, что меньшая мощность лазера с длиной волны 405 нм попадает на фоторезист.

«Этот новый подход помогает сделать 3D-нанопечать доступной для ученых, даже для тех, кто не знаком с оптическими системами, обычно используемыми для такого типа производства», — сказал Куанг в пресс-релизе, сопровождающем исследование. «В конечном итоге это может привести к созданию недорогих настольных устройств 3D-нанопечати, которые смогут предложить точную нанопечать каждому».

Дата публикации: 30 августа 2023 г.