2018/01/11
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【干货】-新办法可提高双光子光刻3D打印的分辨率、成型高度和成品X光吸收量
美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）近日发现了一种新方法，能提高双光子光刻（TPL）这种微观3D打印技术的能力。而这有助于医生用X射线CT扫描分析人体内的3D打印植入物。
TPL与其它一些3D打印技术一样采用激光，但分辨率却高出许多，主要是因为它使用了一种能同时吸收两个光子的光刻材料。而这次LLNL发现的新方法主要涉及将抗蚀剂材料直接施加到透镜上，然后透过这种材料让3D打印机的激光聚焦。由此带来的改变是：打印分辨率可以进一步提高至150纳米，但打印件高度却可以达到数毫米。
“通过这项研究，我们找到了用TPL处理定制的材料却又不牺牲超高分辨率的方法。”LLNL研究员James Oakdale表示。
不过，这仅仅是个开始 — 研究人员发现，除了能显著提高TPL的分辨率，他们还可以将3D打印过程中使用的光敏聚合物抗蚀剂的衰减提高10倍以上，从而增加（或减少） 抗蚀剂吸收X射线的量。
▲用改进后的TPL技术3D打印的亚微米级八角形桁架结构
这是通过“折射率匹配”，即令抗蚀剂材料的折射率与透镜的浸入介质匹配实现的，可以让3D打印机的激光能够在最小的干扰下通过。而这种改进最终可令TPL能够打印尺寸部件，但同时保证100纳米的惊人分辨率。
“大多数想要利用TPL打印功能性结构的研究者都希望打印尺寸能高于100微米。现在，通过使用抗蚀剂，这点终于可以实现了，”LLNL研究员Sourabh Saha表示，“TPL唯一的缺点就是速度慢。但现在，我们已经掌握了改进的方法。”
▲用改进后的TPL技术3D打印的亚微米级woodpile晶格
值得一提的是，这项研究还产生了一个重要附带效果 — 可以调整抗蚀剂的X射线吸收量。由此，研究者理论上就可以3D打印出能吸收更多X射线的植入物。而这无疑有助于医生使用外部X射线或其它成像设备更容易地检查这些植入物。
此外，改进后的TPL还可以有许多其它用途，比如制造（然后检查）国家点火设施目标的内部结构，LLNL的大型激光惯性约束聚变（ICF）研究装置（用于实现聚变点火），以及电化学电池。
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