深度解析雙光子3D打印技術(shù)，中科院理化所領(lǐng)先世界最細(xì)可達(dá)18納米

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如今，3D打印可謂是上天入地，大到別墅大樓，小到納米長(zhǎng)城都能3D打印。2015年10月，習(xí)大大在訪問(wèn)英國(guó)期間參觀了著名的英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院。學(xué)院Hamlyn中心主任楊廣中教授向習(xí)主席展示了他們的研究成果，習(xí)主席還得到了使用這種方法3D打印而成的特殊禮物 — 打印在一塊正方形硅片上的一段只有100微米長(zhǎng)的中國(guó)長(zhǎng)城。

△100微米長(zhǎng)的3D打印長(zhǎng)城

南極熊經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，這個(gè)100微米長(zhǎng)的3D打印長(zhǎng)城是由一種被稱作“雙光子3D打印”的技術(shù)制作而成，學(xué)名叫做雙光子聚合加工（下文統(tǒng)稱雙光子3D打�。�，是飛秒激光微納加工技術(shù)中的一種。它利用光與物質(zhì)相互作用的非線性雙光子聚合作用獲得遠(yuǎn)小于衍射極限的加工尺寸。

是不是有些難以理解，下面來(lái)看一下雙光子3D打印技術(shù)可以制造何種精度的3D模型吧！

Hamlyn中心的研究團(tuán)隊(duì)使用受控脈沖激光來(lái)聚合（分子融合）或固化液態(tài)光刻膠，也就是我們常說(shuō)的光敏材料。通過(guò)控制激光的運(yùn)動(dòng)，就可以像普通的3D打印機(jī)那樣，在微觀尺度上逐層構(gòu)建出3D對(duì)象了。迄今為止，研究人員已經(jīng)成功打造出了一個(gè)僅有150納米大小的3D結(jié)構(gòu)。

而實(shí)際上，國(guó)內(nèi)在雙光子3D打印技術(shù)方面領(lǐng)先于世界，據(jù)南極熊了解，中科院理化所在雙光子3D打印方面已經(jīng)開(kāi)展了十多年的研究，下圖為利用該項(xiàng)技術(shù)所打印出的立體模型，均為微米級(jí)別，例如長(zhǎng)度約10微米左右的一頭牛。

△中科院理化所“雙光子3D打印”的樣品

△腺病毒微結(jié)構(gòu)

10月10日，南極熊拜訪了中科院理化所鄭美玲老師，據(jù)鄭老師介紹該實(shí)驗(yàn)室目前已經(jīng)可以使用雙光子3D打印技術(shù)打印出直徑為18nm的懸空線和玻璃基板上35nm的納米線結(jié)構(gòu)�；�于多光子激光直寫(xiě)加工技術(shù)，該研究團(tuán)隊(duì)近年來(lái)取得了一系列研究成果，如高分辨3D水凝膠結(jié)構(gòu)（J. Mater. Chem. B 2, 4318-4323, 2014; 3, 8486-8491, 2015），手性互補(bǔ)超穎材料（Appl. Phys. Lett. 104, 011108, 2014），高透光率的有序金屬網(wǎng)格透明電極結(jié)構(gòu)（Appl. Phys. Lett. 108, 221104, 2016），并受邀在Chem. Soc. Rev.撰寫(xiě)綜述文章（Chem. Soc. Rev. 44, 5031-5039, 2015）。近期在光學(xué)界頂級(jí)期刊《Laser & Photonics Review》發(fā)表論文[Laser Photon. Rev. 10(4), 665-672 (2016), Three-dimensional Luneburg lens at optical frequencies]，引起了廣泛關(guān)注。該論文開(kāi)創(chuàng)性地利用納米級(jí)的3D打印技術(shù)——超衍射多光子直寫(xiě)加工技術(shù)制備了聚合物三維Luneburg透鏡器件，其大小僅相當(dāng)于人類頭發(fā)直徑的1/2，第一次將真三維的Luneburg透鏡的工作波段從微波推廣至光波段，使對(duì)三維Luneburg透鏡的研究從宏觀的微波領(lǐng)域轉(zhuǎn)向光學(xué)領(lǐng)域邁進(jìn)了堅(jiān)實(shí)的一步，該研究成果將進(jìn)一步促進(jìn)微小光學(xué)和變換光學(xué)的發(fā)展，并打開(kāi)了納米級(jí)3D打印技術(shù)在微納米器件領(lǐng)域中的全新應(yīng)用。論文被當(dāng)選為《Laser & Photonics Review》2016年第10卷第4期的封面論文(Front Cover Article)。

《Laser & Photonics Review》是一本旨在報(bào)道激光物理學(xué)與光子學(xué)領(lǐng)域的最新理論與實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展的雙月出版期刊，每期只發(fā)表由編輯邀請(qǐng)撰寫(xiě)的2-3篇綜述論文，該期刊于2013年始接收發(fā)表少量高水平的研究原創(chuàng)文章，年文章數(shù)67篇，位列SCI收錄Top一區(qū)，是光子學(xué)領(lǐng)域排名僅次于Nature Photonics的行業(yè)知名雜志。文章鏈接：

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.201600051/abstract

但是目前該技術(shù)主要是用在科研領(lǐng)域，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面有待進(jìn)一步開(kāi)拓。隨后，南極熊參觀了正在進(jìn)行雙光子3D打印的設(shè)備，整套設(shè)備由高端的激光器、復(fù)雜的光路和精度極高的顯微設(shè)備構(gòu)成，由于保密限制南極熊暫時(shí)無(wú)法公開(kāi)照片。

△飛秒激光直寫(xiě)制備的微尺度光波段Luneburg透鏡及其聚焦光場(chǎng)的表征分析結(jié)果

但是，近幾年鄭老師團(tuán)隊(duì)在對(duì)雙光子3D打印設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)集成和改造后，推出了一套小型的雙光子3D打印解決方案，可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的雙光子3D打印研究，目前該設(shè)備主要適用于科研領(lǐng)域。

△中科院理化所的雙光子3D打印解決方案

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小軟熊去哪里了

這個(gè)原理類似內(nèi)雕

doddle 發(fā)表于 2016-10-20 16:19
這個(gè)原理類似內(nèi)雕

有點(diǎn)類似