LLNL在纳米3D打印方面取得突破性进展



 劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)以其深入的材料研究而闻名,其中经常涉及高级3D打印技术。这些技术包括在纳米级别的3D打印,最近实验室发现了可以提高纳米级3D打印能力的发现。双光子光刻是一种高分辨率3D打印技术,能够产生小于人类头发直径百分之一的纳米级特征,并且LLNL的发现扩展了其潜力,并改善X射线计算机断层扫描(CT )来无创地分析嵌入式3D打印的医疗装置或植入物中的压力或缺陷。

双光子光刻与其他3D打印方法不同,因为它可以产生比激光点更小的特征。它能够绕过通常的衍射极限,因为固化和硬化形成结构的光致抗蚀剂材料可以同时吸收两个光子而不是一个光子。

LLNL团队研究人员描述了他们如何破解双光子光刻优化的抗蚀剂材料上的代码,并形成特征小于150纳米的三维微结构。过去的技术将从表面建立结构,限制物体的尺寸,因为载玻片和透镜之间的距离通常为200微米或更小。但是通过将抗蚀剂材料直接置于镜头上并通过抗蚀剂将激光聚焦,研究人员可以3D打印多毫米高的物体。

LLNL的研究人员在一个坚实的底座上打印了具有亚微米特征的八角形桁架结构,其直径类似于人的头发。

研究人员还可以调整和增加光敏聚合物抗蚀剂可以吸收的X射线量,相对于常用的光致抗蚀剂,衰减量提高10倍以上。

LLNL研究员James Oakdale说:“我们解开了在双光子光刻系统上定制材料而不会失去分辨率的秘密。

激光在穿过光致抗蚀剂材料时会发生折射,所以研究人员认为,关键是“折射率匹配”,或者研究如何使抗蚀剂材料的折射率与透镜的浸润介质相匹配,这样激光器可以通行无阻。索引匹配使3D打印功能小到100纳米的较大零件成为可能。

LLNL的研究人员可以打印出具有人发直径的亚微米特征的木垛晶格。

通过调整材料的X射线吸收,研究人员可以使用X射线计算机断层扫描作为诊断工具来检查部件的内部而不需要将其切开,或者在体内对3D打印部件进行成像,如关节置换,支架或骨支架。他们还可以利用这些新技术来创建和探索国家点火设备以及光学和机械超材料和3D打印电化学电池的目标的内部结构。

研究人员还希望创造出更小的特征并增加更多的功能,最终使用该技术来3D打印任务关键部件。

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