利用全息图,纳米级3 d打印机现在可以快速制造复杂的项目细节小于可见光的波长,一项新的研究发现。本研究可以快速制造的纳米阵列的电线,眼镜,旋转磁齿轮,和其他structures-suggesting应用在电子、光电、微型机器人等等。
目前,最精确的3 d打印技术生产纳米级具有复杂形状的对象是可能的双光子光刻。这种方法依赖于液态树脂固化只有当他们同时吸收两个光子的光,而不是只有一个。这使得精确制造的物品与voxels-the 3 d相当于pixels-only几十个纳米大小。
然而,双光子光刻技术已被证明过于缓慢而昂贵的大规模实际应用。这在很大程度上呈现一个昂贵的实验室工具产生微小的原型。
新方法可以制造复杂,微观3 d对象,如字母,数字,戒指,眼镜,和齿轮,可以远程控制通过应用一个磁场。
先前的研究已经试图把用于双光子激光光刻分割成多个重点加快制造。然而,这种策略通常仍然达到印刷速度每秒只有10000像素点和每小时少于0.1立方毫米。此外,这种方法通常不能够控制每个激光的焦点,因此不能产生高度可变的结构。
现在一种新的双光子光刻技术可以印刷纳米尺寸的3 d对象的速度高达每秒200万像素点和4.5每小时54立方毫米。此外,它实现了分辨率高达90纳米,最好的见过的高通量双光子光刻技术,科学家们指出。此外,团队的新进程可以同时单独操作2000可编程激光焦点制造复杂的结构,最见过的高通量双光子光刻,他们补充说。
“吞吐量的增加意味着成本大大降低,现在的技术可以被用于工业规模的应用程序在一个更合理的价格和制造速度,”说研究高级作者陈史记,光学科学家和香港中文大学的机械工程师。
固化树脂用于双光子光刻技术要求极高的激光强度。使用多个激光焦点增加所需的激光功率,和双光子激光器通常使用光刻技术几乎可以提供所需的电力支持50多个病灶。相比之下,新方法使用近红外激光的峰值功率大约10兆瓦。
通常,双光子光刻技术依赖于焦点,收到约10000低功率激光脉冲为了充分固化体素。然而,这项新技术利用激光,火灾成千成千上万倍低于通常用于双光子激光光刻技术。补偿,新技术使用一个单脉冲来巩固各体素。这需要大量修补感光性树脂优化其印刷质量,科学家们说。
“我们取得了最好的决议与单脉冲曝光,这是完全相反的常规的方法来实现高决议,低平均功率和长时间曝光,”陈说。
新方法火灾一千100飞秒脉冲每秒,跳跃的这些脉冲数字微镜装置,显示一个全息图。科学家们可以使用每个激光脉冲全息图划分为2000疫源地单独控制强度、位置和相位,可以同时并行运行。
在实验中,研究人员发现他们的新方法可以制造复杂,微观3 d对象,如字母,数字,戒指,眼镜,和eggbeater-like结构。他们还制造磁性齿轮通过应用磁场可以远程控制。
这些14图像展示了一系列纳米结构新的全息技术可以制造,包括磁性纳米齿轮,可以远程移动通过应用磁场(insets m和n)。香港中文大学
在新的研究中,科学家们还发现他们可以修改每个专注达到11个不同的激光功率密度水平。这个“灰度控制”可能会发现使用在调整各体素的稳定性和机械性能。灰度显示的新技术控制的精度超过99%,最高的见过的平行双光子光刻技术,科学家们指出。
此外,研究人员称,新方法产量最高的能源效率在双光子光刻。而其他技术操作电力需求的约1.5到4瓦,新方法只需要400毫瓦的平均功率运行2000个病灶。
一个潜在的纳米级3 d打印申请是制造亚结构材料结构具有重复模式的尺度小于他们的波长是为了影响。光亚结构是为了操纵电磁辐射,可以弯曲光线以意想不到的方式,导致隐形斗篷和其他设备。
研究亚结构的最大挑战之一,是生产对象包含subfeatures小于一微米大小,但总的来说,是他们subfeatures数千倍。在实验中,科学家们发现他们的新技术可以制造网格约1立方毫米的大小由超过680000细胞subfeatures只有700纳米。
研究人员目前正在探索使用人工智能生成最优制造过程的新技术。产品的目标是“有更好的结构完整性、强度和均匀性,”陈说。
科学家们详细他们的发现在线杂志3月27日自然通讯。
