Технология трехмерной нанопечати ускорена в 1000 раз
Исследователи разработали технологию трехмерной печати в наномасштабе, которая позволяет изготавливать крошечные структуры намного быстрее, чем обычные методы двухфотонной литографии.
Используя новый метод управления светом от сверхбыстрого лазера, исследователи разработали технологию трехмерной печати в наномасштабе, которая позволяет изготавливать крошечные структуры в 1000 раз быстрее, чем обычные методы двухфотонной литографии (TPL), без ущерба для разрешения.
Новый метод распараллеливания, известный как фемтосекундная проекция TPL (FP-TPL), обеспечивает разрешение по глубине 175 нанометров, что лучше, чем общепринятые методы, и позволяет изготавливать конструкции с вылетами под углом 90 градусов, которые в настоящее время не могут быть выполнены. Эта технология может привести к тканевой инженерии (биоскафолды), гибкой электроники, электрохимических интерфейсов, микрооптики, механических и оптических метаматериалов и других функциональных микро- и наноструктур.
Работа была выполнена исследователями из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL) и Китайского университета Гонконга. Сурабха Саха, ведущий автор статьи, в настоящее время является доцентом в Школе машиностроения им. Джорджа Вудраффа в Технологическом институте Джорджии.
В существующих технологиях производства аддитивных наноразмерных материалов для преобразования фотополимерных материалов из жидкостей в твердые частицы используется одно пятно света высокой интенсивности — обычно диаметром около 700–800 нанометров. Поскольку точка должна сканировать всю производимую структуру, существующая методика TPL может потребовать многих часов для создания сложных трехмерных структур, что ограничивает ее способность масштабироваться для практических применений.
«Вместо того, чтобы использовать одну точку света, мы проецируем миллион точек одновременно», — сказал Саха. «Это значительно увеличивает масштаб процесса, потому что вместо того, чтобы работать с одной точкой, которую нужно сканировать для создания структуры, мы можем использовать всю плоскость проецируемого света. Вместо того, чтобы фокусировать одну точку, у нас есть целая сфокусированная плоскость, которая может быть скопированы в произвольные структуры».
Чтобы создать миллион точек, исследователи используют цифровую маску, подобную тем, которые используются в проекторах для создания изображений и видео. В этом случае маска управляет фемтосекундным лазером для создания желаемого светового рисунка в жидком полимерном материале-предшественнике. Свет высокой интенсивности вызывает реакцию полимеризации, которая превращает жидкость в твердое вещество, где это необходимо, для создания трехмерных структур.
Каждый слой изготовленной структуры образован 35-фемтосекундной вспышкой света высокой интенсивности. Проектор и маска используются для создания слоя за слоем, пока не будет создана вся структура. Затем жидкий полимер удаляют, оставляя твердое вещество. Метод FP-TPL позволяет исследователям за восемь минут создать структуру, для создания которой понадобится несколько часов с использованием более ранних процессов.
«Традиционно существует компромисс между скоростью и разрешением», — сказал Саха. «Если вам нужен более быстрый процесс, вы потеряете разрешение. Мы нарушили этот технический компромисс, позволив нам печатать в 1000 раз быстрее с наименьшими потерями».
Scalable submicrometer additive manufacturing. Science 2019. science.sciencemag.org/lookup/ … 1126/science.aax8760