技术进步可以扩大3D纳米打印的范围

研究人员开发了一种易于构建、成本低廉的3D纳米打印系统，可以创建具有极其精细特征的任意3D结构。新的3D纳米打印技术足够精确，可以打印超材料以及各种光学设备和组件，如微透镜、微光学设备和超材料。

来自浙江实验室和浙江大学的研究团队负责人匡翠方说：“我们的系统使用两步吸收过程，实现3D打印，精度达到纳米级别，适合商业制造。它可以用于多种应用，如打印用于研究生物细胞的微型或纳米结构，或制造用于虚拟和增强现实设备的专用光学波导。”

传统的高分辨率3D纳米打印方法使用脉冲飞秒激光器，成本高达数万美元。在《光学快报》中，匡翠方和同事们描述了他们的新系统，该系统基于集成光纤耦合连续波激光二极管，不仅价格低廉，而且操作简单。

研究人员使用新系统制作了各种详细的3D结构，包括3D木堆结构(a和b)、直径20微米的巴克球(c)和两个立方体盒框(d)。这些图像是用电子显微镜获得的。

匡翠方说：“这种新方法有助于让科学家们使用3D纳米打印，即使是那些不熟悉这种类型的制造中通常使用的光学系统的科学家。它最终可能会导致低成本的桌面3D纳米打印设备，可以为任何人提供精确的纳米打印。”

创建一个简单的设置

特征尺寸约为100纳米的3D打印物体通常需要一种称为双光子吸收的技术。这涉及使用昂贵的飞秒激光器来实现精确的3D光子吸收，使对光敏感的液态树脂固化或聚合。

最近，一种名为两步吸收的方法被开发出来，作为卡尔斯鲁厄理工学院Vincent Hahn研究小组开发的双光子吸收的替代方法。它使用一种特殊的光引发剂苯并与单一光源一起产生聚合。在新的工作中，研究人员开发了一个简化和更快的3D纳米打印两步吸收系统，使用405纳米波长的集成光纤耦合激光器。

对于使用新系统的2D或3D打印，单模偏振保持光纤的激光束被准直并指向检光镜，然后通过高数值孔径显微镜物镜聚焦到光敏材料上。

打印微小物体

匡翠方说：“这个简单的系统不需要大量的光学元件来调制激光束，这节省了资金，并且产生更少的光学畸变或错误，它也非常稳定，并且与大多数商用显微镜兼容。”

研究人员通过在低速下使用3D纳米打印系统打印横向周期为350 nm的2D线光栅和3D木堆纳米结构来展示他们的3D纳米打印系统。使用每秒1000微米的更快扫描速度，分辨率低于200nm和线宽低于50nm的2D光栅仍然可以用小于1mW的激光功率制成。

研究人员现在正在努力提高这项技术的书写速度和质量，同时保持高分辨率。这将使该系统在更多应用中变得实用。

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