作者:约翰·图恩，佐治亚理工学院 具有亚微米特征的毫米级结构被支撑在U
S
反射表面上的便士
信用:Vu Nguyen和Sourabh Saha 研究人员使用一种新的基于时间的方法来控制超快激光器的光，开发了一种纳米级三维打印技术，可以在不牺牲分辨率的情况下，以比传统双光子光刻技术快1000倍的速度制造微小结构
尽管吞吐量很高，但这种新的并行技术——称为飞秒投影技术——产生的深度分辨率为175纳米，优于现有方法，可以制造出目前无法制造的90度悬垂结构
这项技术可以导致生物芯片、柔性电子器件、电化学界面、微光学、机械和光学超材料以及其他功能性微纳米结构的制造规模生产
据10月10日报道，这项工作
3发表在《科学》杂志上，由劳伦斯利弗莫尔国家实验室和香港中文大学的研究人员完成
该论文的主要作者和对应作者苏拉布·萨哈现在是乔治·W
佐治亚理工学院伍德拉夫机械工程学院
现有的纳米级添加剂制造技术使用单个高强度光点——通常直径约为700至800纳米——将光聚合物材料从液体转化为固体
因为该点必须扫描整个正在制造的结构，现有的第三方物流技术可能需要许多小时来生产复杂的三维结构，这限制了其在实际应用中的放大能力
萨哈说:“我们不是使用单一的一点光，而是同时投射一百万个点。”
“这极大地扩大了这一过程，因为我们可以使用整个平面的投影光，而不是通过扫描单个点来创建结构
我们没有聚焦一个点，而是有一个完整的聚焦平面，可以形成任意的结构
" 为了创造一百万个点，研究人员使用了一个类似于投影仪中使用的数字遮罩来创建图像和视频
在这种情况下，掩模控制飞秒激光在前体液体聚合物材料中产生所需的光图案
高强度的光引起聚合反应，在需要的地方将液体变成固体，产生三维结构
通过在三维空间中重叠多个投影而生成的堆叠式三维环形结构
通过这种深度分辨的纳米级3D打印技术，可以生成任意复杂的3D结构
信用:Vu Nguyen和Sourabh Saha 制造结构的每一层都是由35飞秒的高强度光脉冲形成的
然后使用投影仪和掩模一层接一层地创建，直到整个结构产生
然后除去液体聚合物，留下固体
FP-TPL技术使研究人员能够在八分钟内生产出一种结构，而使用早期工艺生产这种结构需要几个小时
LLNL工程材料和制造中心主任克里斯·斯帕达契尼说:“已经开发的平行双光子系统是纳米印刷的突破，它将使这种尺寸范围内材料和结构的卓越性能在可用组件中实现。”
不同于使用喷射到表面上的粒子的消费者三维打印，新技术深入到液体前体中，允许制造仅靠表面制造无法生产的结构
例如，这种技术可以产生萨哈所说的“不可能的桥”，它有90度的突出部分，长度与特征尺寸的纵横比超过1000:1
“我们可以将光线投射到材料中我们想要的任何深度，这样我们就可以制作悬浮的三维结构，”他说
研究人员在小于100微米×100微米的基底之间印刷了一毫米长的悬浮结构
这种结构在制造过程中不会坍塌，因为液体和固体的密度大致相同，而且生产速度非常快，液体没有时间受到干扰
除了桥梁，研究人员还制作了各种各样的结构来展示这项技术，包括微型柱子、立方体、圆木桩、电线和螺旋
研究人员使用了传统的聚合物前体，但萨哈认为这项技术也适用于由聚合物前体产生的金属和陶瓷
“真正的应用是小设备的工业规模生产，这些小设备可以集成到更大的产品中，比如智能手机的组件，”他说
“下一步是证明我们可以用其他材料打印，以扩展材料调色板
" 通过缝合多个2D投影打印的悬垂3D结构，展示了打印深度分辨特征的能力
具有90度悬垂部分的桥结构，使用串行扫描第三方物流技术印刷具有挑战性
信用:Vu Nguyen和Sourabh Saha 研究小组多年来一直致力于加速用于生产纳米级三维结构的双光子光刻工艺
这个小组的成功来自于采用了一种不同的聚焦光线的方法，利用它的时域特性，可以生产出具有高分辨率和微小特征的非常薄的光片
飞秒激光的使用使研究小组能够保持足够的光强度来触发双光子过程聚合，同时保持点的尺寸很小
在FP-TPL技术中，飞秒脉冲在通过光学系统时被拉伸和压缩，以实现时间聚焦
这一过程可以产生比衍射受限的聚焦光斑更小的三维特征，需要两个光子同时撞击液体前体分子
“传统上，在速度和分辨率之间有权衡，”萨哈说
“如果你想要一个更快的过程，你会失去分辨率
我们打破了这种工程上的权衡，允许我们用最小的特征将打印速度提高1000倍
" 在佐治亚理工学院，萨哈打算继续推进新材料的工作，并进一步扩大这一进程
“到目前为止，我们已经表明我们可以在速度和分辨率上做得很好，”他说
“接下来的问题将是我们能在多大程度上预测这些特征，以及我们能在多大程度上控制大规模的质量
这将需要更多的工作来理解过程本身
"
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