研究人員開發(fā)了一種易于構(gòu)建、成本低廉的3D納米打印系統(tǒng)，可以創(chuàng)建具有極其精細特征的任意3D結(jié)構(gòu)。新的3D納米打印技術(shù)足夠精確，可以打印超材料以及各種光學(xué)設(shè)備和組件，如微透鏡、微光學(xué)設(shè)備和超材料。

來自浙江實驗室和浙江大學(xué)的研究團隊負責人匡翠方說：“我們的系統(tǒng)使用兩步吸收過程，實現(xiàn)3D打印，精度達到納米級別，適合商業(yè)制造。它可以用于多種應(yīng)用，如打印用于研究生物細胞的微型或納米結(jié)構(gòu)，或制造用于虛擬和增強現(xiàn)實設(shè)備的專用光學(xué)波導(dǎo)�！�

傳統(tǒng)的高分辨率3D納米打印方法使用脈沖飛秒激光器，成本高達數(shù)萬美元。在《光學(xué)快報》中，匡翠方和同事們描述了他們的新系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于集成光纖耦合連續(xù)波激光二極管，不僅價格低廉，而且操作簡單。

研究人員使用新系統(tǒng)制作了各種詳細的3D結(jié)構(gòu)，包括3D木堆結(jié)構(gòu)(a和b)、直徑20微米的巴克球(c)和兩個立方體盒框(d)。這些圖像是用電子顯微鏡獲得的。

匡翠方說：“這種新方法有助于讓科學(xué)家們使用3D納米打印，即使是那些不熟悉這種類型的制造中通常使用的光學(xué)系統(tǒng)的科學(xué)家。它最終可能會導(dǎo)致低成本的桌面3D納米打印設(shè)備，可以為任何人提供精確的納米打印�！�

創(chuàng)建一個簡單的設(shè)置

特征尺寸約為100納米的3D打印物體通常需要一種稱為雙光子吸收的技術(shù)。這涉及使用昂貴的飛秒激光器來實現(xiàn)精確的3D光子吸收，使對光敏感的液態(tài)樹脂固化或聚合。

最近，一種名為兩步吸收的方法被開發(fā)出來，作為卡爾斯魯厄理工學(xué)院Vincent Hahn研究小組開發(fā)的雙光子吸收的替代方法。它使用一種特殊的光引發(fā)劑苯并與單一光源一起產(chǎn)生聚合。在新的工作中，研究人員開發(fā)了一個簡化和更快的3D納米打印兩步吸收系統(tǒng)，使用405納米波長的集成光纖耦合激光器。

對于使用新系統(tǒng)的2D或3D打印，單模偏振保持光纖的激光束被準直并指向檢光鏡，然后通過高數(shù)值孔徑顯微鏡物鏡聚焦到光敏材料上。

打印微小物體

匡翠方說：“這個簡單的系統(tǒng)不需要大量的光學(xué)元件來調(diào)制激光束，這節(jié)省了資金，并且產(chǎn)生更少的光學(xué)畸變或錯誤，它也非常穩(wěn)定，并且與大多數(shù)商用顯微鏡兼容�！�

研究人員通過在低速下使用3D納米打印系統(tǒng)打印橫向周期為350 nm的2D線光柵和3D木堆納米結(jié)構(gòu)來展示他們的3D納米打印系統(tǒng)。使用每秒1000微米的更快掃描速度，分辨率低于200nm和線寬低于50nm的2D光柵仍然可以用小于1mW的激光功率制成。

研究人員現(xiàn)在正在努力提高這項技術(shù)的書寫速度和質(zhì)量，同時保持高分辨率。這將使該系統(tǒng)在更多應(yīng)用中變得實用。

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