科学家利用超快激光脉冲实现纳米级3D打印

来自立陶宛维尔纽斯大学（维尔纽斯大学）激光研究中心大学的科学家们正在研究如何以更加有效的方式进行3D打印。不过，他们的研究涉及到的方法远远超出当前的层积式的方法。通过使用基于非线性光与物质相互作用的超快激光脉冲，他们正在努力大幅提升3D打印技术。

　　近日，他们的研究成果被发表在了《Advanced Optical Material》杂志上，论文题目是《通过偏振控制的纳米级精度3D聚合制备（Nanoscale Precision of 3D Polymerization via Polarization Control）》。科学家们称，他们的研究将为未来的3D打印带来更大、甚至无法比拟的灵活性和通用性，并有可能用于范围广泛的新型材料。除此之外，还将会对电信、电子、基于芯片实验室（Lab-on-chip）技术的装置、组织工程等领域的应用产生影响。不过研究人员们指出，尽管这一技术在实验室当中比较可行，但是现实中如果将该原型设备转化成可昼夜运行的的工业流水线，却是极其昂贵的。

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　　据了解，在这项研究当中，科学家们主要围绕着纳米光刻技术来探索光的偏振在用该技术进行3D打印的过程中会产生什么样的影响。

　　“在激光3D纳米光刻技术中，偏振效应主要用来微调感光性树脂在形成结构过程中的特征尺寸。”科学家们在论文中称。

　　据科学家们说，这其中的关键是如何在线性偏振方向改变的时候，在激光功率和光束扫描/对象转化速度之间提供固定的条件。如果实现，这将带来纳米级的精度。如下图所示，该区域在保留相同深度的情况下出现改变时，聚合特征尺寸的纵横比调制能力即启用，而且无需光束成型技术或者相位光罩。

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　　在恒定的辐照强度和与激光直写方向（垂直、平行、圆形）有关的不同偏振方向条件下所导致的聚合特征的变化。其体素（Voxel）尺寸和纵横比可通过偏振控制在纳米尺度上进行调整。

　　“在该激光处理过程中，光束偏振方向的影响在导电和电介质实体目标上得到了彻底的研究。”研究人员在论文中称。“其中包括偏振对于激光与物质相互作用的标量参数的影响，比如吸收系数和电离速率等。”

　　在这项研究当中，研究人员通过基于3D建模和实验的深入分析揭示了：偏振效应、对分辨率的影响、在直接激光写入条件下热梯度与偏振的耦合。

　　科学家们能够用3D打印的一个带（或不带）偏振校正的木材堆光子结构展示他们的研究结果。

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