卡爾斯魯厄理工學(xué)院 (KIT) 和海德堡大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種用于雙光子微印刷的光刻膠。它現(xiàn)已首次用于生產(chǎn)具有納米級(jí)空腔的三維聚合物微結(jié)構(gòu)。在Advanced Materials 中，科學(xué)家們報(bào)告了如何在打印過(guò)程中控制孔隙率，以及這如何影響微結(jié)構(gòu)的光散射特性。

光刻膠是一種印刷油墨，用于通過(guò)所謂的雙光子光刻技術(shù)在三個(gè)維度上印刷最小的微結(jié)構(gòu)。在打印過(guò)程中，激光束在所有空間方向上移動(dòng)通過(guò)最初為液態(tài)的光刻膠。光刻膠僅在激光束的焦點(diǎn)處硬化。通過(guò)這種方式，可以一點(diǎn)一點(diǎn)地構(gòu)建復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)。第二步，使用溶劑去除那些未暴露于輻射的區(qū)域。微米和納米范圍內(nèi)的復(fù)雜聚合物結(jié)構(gòu)仍然存在。

雙光子聚合——或基于此過(guò)程的雙光子微印刷——已經(jīng)被廣泛研究了幾年，特別是在微光學(xué)、所謂的超材料和用于單個(gè)生物細(xì)胞實(shí)驗(yàn)的微支架的生產(chǎn)方面。為了擴(kuò)大應(yīng)用范圍，需要新的可印刷材料。這是參與 KIT 和海德堡大學(xué)卓越 3-D Matter Made to Order (3DMM2O) 集群的科學(xué)家們的出發(fā)點(diǎn)。“在傳統(tǒng)光刻膠的幫助下，可以只打印透明的玻璃狀聚合物，”KIT 的物理學(xué)家、該研究的主要作者 Frederik Mayer 說(shuō)。“我們的新型光刻膠首次能夠從多孔納米泡沫打印 3-D 微結(jié)構(gòu)。這種聚合物泡沫具有 30 到 100 nm 大小的空腔，

從透明到白色

“從來(lái)沒(méi)有一種用于 3D 激光顯微打印的光刻膠可以打印‘白色’材料，”Frederik Mayer 指出。就像在多孔蛋殼中一樣，多孔納米結(jié)構(gòu)中的許多小氣孔使它們看起來(lái)是白色的。將白色顆?；旌系絺鹘y(tǒng)的光刻膠中不會(huì)產(chǎn)生這種效果，因?yàn)樵诖蛴∵^(guò)程中，光刻膠對(duì)于(紅色)激光束必須是透明的。“我們的光刻膠，”Mayer 說(shuō)，“在打印之前是透明的，但打印的物體是白色的，并且具有高反射率。” 卡爾斯魯厄和海德堡的研究人員通過(guò)打印像頭發(fā)一樣細(xì)的 Ulbricht 球體(一種光學(xué)元件)證明了這一點(diǎn)。

開(kāi)辟新應(yīng)用的另一個(gè)因素是多孔材料的極大內(nèi)表面積。它可能適用于最小空間的過(guò)濾過(guò)程、高度防水涂層或生物細(xì)胞的培養(yǎng)。

卓越集群九個(gè)研究重點(diǎn)中的三個(gè)的合作揭示了新型光刻膠適用的用途以及如何以最佳方式應(yīng)用它。通過(guò)電子顯微鏡掃描和光學(xué)實(shí)驗(yàn)，研究人員展示了空腔如何分布在印刷結(jié)構(gòu)中，以及如何通過(guò)改變印刷參數(shù)，特別是激光脈沖強(qiáng)度來(lái)控制它們的形成。卓越集群的工作由海德堡大學(xué)的材料科學(xué)家以及 KIT 的化學(xué)家和物理學(xué)家進(jìn)行。

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