美國國家實驗室優化雙光子光刻技術用於微納增材製造

勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的研究人員研發出一種用於提升雙光子光刻（TPL）技術性能的新方法，通過「折射率匹配」方法和對材料的優化設計改善了該技術應用於增材製造的局限性，最小可製造人類頭髮寬度百分之一的納米特徵。

常規雙光子光刻技術使用薄載玻片、透鏡以及浸鏡油輔助激光進行增材製造，使激光在需要固化的位置點進行聚焦。雙光子光刻技術與其他增材製造技術的區別在於其加工解析度更高，該技術可以產生具備更小特徵的激光點，所以其加工解析度是其他增材製造技術所無法比擬的。該技術規避了其他增材製造技術所面臨的衍射極限難題，與一般增材製造技術所採用的僅吸收一個光子即發生固化反應的光敏材料不同，該技術採用的光敏材料需要同時吸收兩個光子才能夠固化成形（這曾是商業秘密）。但雙光子光刻技術為自下而上構建結構，由於載玻片和透鏡之間的距離通常小於200微米，最終成形結構的最大尺寸受限。

研究人員改進了加工工藝，將光敏材料直接置於透鏡上並透過光敏材料使激光聚焦，從而製造出幾毫米高的結構。由於激光在穿過光敏抗蝕劑材料時會發生折射，解決這一難題的關鍵在於「折射率匹配」方法，針對雙光子光刻技術優化了光敏材料，將光敏材料的折射率與透鏡浸潤介質（浸鏡油）的折射率相匹配，通過使用經過折射率匹配的光敏材料，可使激光可以暢通無阻地通過，從而解除傳統雙光子光刻技術對成形構件最大尺寸的限制。「折射率匹配」方法的應用使得採用增材製造技術製造具備100納米結構特徵的較大尺寸零件成為可能。

此外，研究人員還能夠調整並增加光敏材料對X射線的吸收率，使成形構件對X射線的吸收率比常規材料提高10倍以上，以便使用X射線計算機斷層掃描（CT）技術作為檢測工具，對增材製造部件內部或者對人體內的增材製造物體（如支架管、置換關節、骨支架）進行無損成像檢測。

該項技術可用於生產國家點火裝置目標的內部結構，以及光學超材料、機械超材料以及電化學電池的增材製造，使其易於檢測。目前唯一的限制因素是加工速度，所以研究人員接下來會將繼續對該技術進行優化，以縮短加工時間。他們計劃未來使用該技術構建更小的特徵結構並增加更多功能，最終使用該技術生產真正的關鍵部件。（北方科技信息研究所 徐可）

來源:北方科技信息研究所

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