新型光刻膠可實現最小孔結構的3D打印

卡爾斯魯厄技術學院(KIT)和海德堡大學的研究人員已經開發出了用于雙光子微打印的光刻膠。現在，它已首次用于生產具有納米范圍內空腔的三維聚合物微結構。在《高級材料》中，科學家報告了如何在印刷過程中控制孔隙率，以及孔隙率如何影響微結構的光散射特性。

光刻膠是用于通過所謂的雙光子光刻在三個維度上印刷最小的微結構的印刷油墨。在打印期間，激光束通過最初的液態光刻膠在所有空間方向上移動。光致抗蝕劑僅在激光束的焦點處硬化。可以一點一點地建立這種復雜的微結構。在第二步中，使用溶劑去除那些未暴露于輻射的區域。微米和納米范圍內的復雜聚合物結構仍然存在。

兩年來，對雙光子聚合(或基于此過程的雙光子微印)已進行了廣泛的研究，特別是在微光學，所謂的超材料和用于單個生物細胞實驗的微支架的生產方面。為了擴大應用范圍，需要新的可打印材料。這是參與KIT和海德堡大學卓越3D定制問題群集(3DMM2O)的科學家的出發點。KIT的物理學家，這項研究的主要作者弗雷德里克·梅耶(Frederik Mayer)說：“借助傳統的光刻膠，只能印刷透明的玻璃狀聚合物。” “我們的新型光致抗蝕劑首次實現了從多孔納米泡沫印刷3-D微觀結構的作用。這種聚合物泡沫的空腔尺寸為30至100 nm，

從透明到白色

弗雷德里克·梅耶(Frederik Mayer)指出：“從來沒有用于3D激光微印的光刻膠，可以用它印刷'白色'材料。就像在多孔的蛋殼中一樣，多孔納米結構中的許多小氣孔使它們顯得白色。將白色顆粒混合到常規光刻膠中不會產生這種效果，因為在打印過程中光刻膠對于(紅色)激光束必須是透明的。梅耶說：“我們的光刻膠在印刷之前是透明的，但是印刷的物體是白色的，具有高反射率。” 來自卡爾斯魯厄(Karlsruhe)和海德堡(Heidelberg)的研究人員通過印刷與頭發一樣細的Ulbricht球體(光學組件)來證明這一點。

開辟新應用的另一個因素是多孔材料的極大內部表面積。它可能對最小空間的過濾過程，高度防水的涂層或生物細胞的培養有用。

卓越集群的九項研究重點中的三項的合作揭示了新型光刻膠的用途以及如何以最佳方式應用。通過電子顯微鏡掃描和光學實驗，研究人員展示了空腔如何在印刷結構中分布以及如何通過改變印刷參數，尤其是改變激光脈沖強度來控制其形成。海德堡大學的材料科學家以及KIT的化學家和物理學家在卓越集群中開展了工作。