Новая технология объёмной нанопечати достаточно точна для изготовления различных оптических устройств и компонентов, в том числе микролинз, а также метаматериалов. Метаматериалы — это композиционные материалы, в которых приставка «мета-» со значением «многочисленный» указывает на очень большое число одинаковых или изменяющихся определённым образом структурных единиц для получения желаемых свойств.
Традиционные методы 3D-нанопечати с высоким разрешением используют импульсные фемтосекундные лазеры, стоимость которых — десятки тысяч долларов. Известные также как лазеры сверхкоротких импульсов обычно необходимы для 3D-печати объектов с размером элементов около 100 нанометров. В основе — технология двухфотонного поглощения. То есть поглощение материалом фотонов делает смолу, чувствительную к свету, твёрдой.
Китайские учёные из Чжэцзянского университета создали систему, основанную на интегрированном лазерном диоде непрерывного действия с волоконной связью, которая оказалась и гораздо дешевле, и проще в эксплуатации.
Руководитель исследовательской группы Цуйфан Куанг рассказал, что новый подход помогает сделать 3D-нанопечать доступной даже для тех, кто не знаком с оптическими системами, обычно используемыми для подобных задач. В итоге изобретение может привести к созданию недорогих настольных устройств для точной 3D-нанопечати, с которыми справится любой желающий.
Учёные разных стран параллельно стремятся удешевить нанопечать. Ранее исследовательская группа Винсента Хана из Технологического института Карлсруэ, Германия, разработала двухэтапное поглощение как альтернативу двухфотонному поглощению. Для полимеризации с одним источником света они использовали специальное вещество-фотоинициатор под названием бензил. Фотоинициатор — это молекула, которая создает активные свободные радикалы, катионы или анионы при воздействии излучения. Синтетические фотоинициаторы — ключевые компоненты фотополимеров.
В своей работе китайские исследователи разработали упрощённую и более быструю двухступенчатую систему поглощения 3D-нанопечати, в которой используется встроенный лазер с длиной волны 405 нм.
Наша система использует двухэтапный процесс поглощения для реализации 3D-печати с точностью нанометрового уровня, и результаты пригодны для коммерческого производства. Её можно использовать для различных целей, в том числе для печати микро- или наноструктур, необходимых биологам, или для специализированных оптических волноводов для устройств виртуальной и дополненной реальности
— Цуйфан Куанг, руководитель исследовательской группы из Чжэцзянского университета.
При этом используется так называемое одномодовое волокно, то есть оптическое волокна с диаметром сердцевины меньшим, чем передаваемая длина волны. При 2D- или 3D-печати с помощью новой системы лазерный луч из одномодового волокна создаёт тонкий поток излучения и направляется на гальванометрические зеркала. Затем изображение фокусируется на светочувствительном материале с помощью объектива микроскопа с высокой числовой апертурой (открытием диафрагмы).
Куанг объяснил, что в их простой системе не требуется большое количество оптических компонентов для модуляции лазерного луча, и это экономит деньги и создаёт меньше искажений и ошибок. Технологическая новинка также отличается высокой стабильностью и совместима с большинством доступных на рынке микроскопов.
Исследователи продемонстрировали свою систему 3D-нанопечати на низких скоростях для создания двумерных линейных решёток и 3D-наноструктур в виде поленницы с поперечным повторяющимся участком в 350 нм. Используя более высокую скорость сканирования в 1000 микрон в секунду они напечатали 2D-решетки с разрешением менее 200 нм и толщиной линии менее 50 нм. И всё это можно изготовить при мощности лазера менее 1 МВт.
Теперь коллектив авторов работает над улучшением скорости и качества технологии при сохранении высокого разрешения.
