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パトリシア・ダウカンタス

研究者らは、非常に微細な形状を備えた任意の 3D 構造を作成できる、構築が簡単で低コストの 3D ナノプリンティング システムを開発しました。 この方法は、ほとんどの市販の顕微鏡と互換性があります。 [画像: 浙江大学、Cuifan Kuang]

中国の研究者らは、わずか数百ナノメートルのサイズの構造を製造できる低コストの 3D レーザー印刷システムを開発したと報告されています (Opt. Lett.、doi: 10.1364/OL.495286)。 この技術では、2 段階の吸収を利用して、周期 150 nm 未満の 2D 格子などのさまざまなナノ構造を作成します。 この新しい方法は、二光子吸収を高出力フェムト秒レーザーに置き換えるもので、メタマテリアルからマイクロレンズまで多くの光学部品の作成に使用できる可能性がある。

科学者たちは、非線形 2 光子吸収を利用して 3D プリント材料の光重合プロセスを開始し、ナノサイズの形状を作成する方法をすでに知っています。 ただし、このプロセスには高価で扱いにくいフェムト秒レーザーが必要です。

浙江大学の Cuifang Kuang 氏とその同僚らは、より最近のアプローチを採用しました。それは、2 段階の吸収を利用して、3D プリンティングプロセスを駆動する光開始剤分子を励起するというものです。 適切な条件下では、2 段階吸収は 2 光子吸収と同じ種類の非線形効果を示しますが、通常の CW レーザー ダイオードからの 405 nm 出力 (Blu-ray プレーヤーの光源と同様) で十分な電力を供給できます。印刷。

研究者らは、新しいシステムを使用して、3D ウッドパイル構造 (上段)、直径 20 μm のバッキーボール (左下)、2 つの立方体ボックス フレーム (右下) など、さまざまな詳細な 3D 構造を作成しました。 画像は電子顕微鏡で取得されました。 [画像: 浙江大学、Cuifan Kuang]

研究チームは、2 段階の吸収プロセスの 2 番目の光源として 532 nm CW レーザーを使用しました。 実験装置では、ビームをガルバノミラーとダイクロイックミラーと組み合わせ、油浸顕微鏡対物レンズを通してフォトレジスト上にビームの焦点を合わせました。フォトレジストには、光開始剤としてベンジルと呼ばれる有機化合物が組み込まれていました。 セットアップが光ビームでフォトレジストを走査している間、圧電ステージが動きを制御しました。

100 μm/s の走査速度で、デバイスは 125 ～ 140 nm の周期で互いに明確に区別できる 2D 格子線を生成しました。 研究チームはまた、横周期350nmの8層3Dウッドパイルフォトニック結晶と、直径わずか20μmの「バッキーボール」構造をプリントした。

研究チームがスキャン速度を一桁上げて 1000 μm/s にした場合でも、このセットアップでは 2 次元および 3 次元で識別可能なポリマー ナノ構造が生成されました。 研究者らは、走査速度が速くなるとフォトレジストに到達する405nmレーザーの出力が少なくなる場合に、緑色の532nmレーザーの作用によって重合プロセスが強化されることに注目した。

「この新しいアプローチにより、この種の製造に通常使用される光学システムに詳しくない科学者でも、3D ナノプリンティングを利用できるようになります」と研究に付随したプレスリリースでクアン氏は述べた。 「最終的には、誰でも高精度のナノプリンティングを提供できる低コストのデスクトップ 3D ナノプリンティング デバイスにつながる可能性があります。」

発行日: 2023 年 8 月 30 日