新型光刻胶可实现最小多孔结构的3D打印

卡尔斯鲁厄理工学院 (KIT) 和海德堡大学的研究人员开发了一种用于双光子微印刷的光刻胶。它现已首次用于生产具有纳米级空腔的三维聚合物微结构。在Advanced Materials 中，科学家们报告了如何在打印过程中控制孔隙率，以及这如何影响微结构的光散射特性。

光刻胶是一种印刷油墨，用于通过所谓的双光子光刻技术在三个维度上印刷最小的微结构。在打印过程中，激光束在所有空间方向上移动通过最初为液态的光刻胶。光刻胶仅在激光束的焦点处硬化。通过这种方式，可以一点一点地构建复杂的微观结构。第二步，使用溶剂去除那些未暴露于辐射的区域。微米和纳米范围内的复杂聚合物结构仍然存在。

双光子聚合——或基于此过程的双光子微印刷——已经被广泛研究了几年，特别是在微光学、所谓的超材料和用于单个生物细胞实验的微支架的生产方面。为了扩大应用范围，需要新的可印刷材料。这是参与 KIT 和海德堡大学卓越 3-D Matter Made to Order (3DMM2O) 集群的科学家们的出发点。“在传统光刻胶的帮助下，可以只打印透明的玻璃状聚合物，”KIT 的物理学家、该研究的主要作者 Frederik Mayer 说。“我们的新型光刻胶首次能够从多孔纳米泡沫打印 3-D 微结构。这种聚合物泡沫具有 30 到 100 nm 大小的空腔，

从透明到白色

“从来没有一种用于 3D 激光显微打印的光刻胶可以打印‘白色’材料，”Frederik Mayer 指出。就像在多孔蛋壳中一样，多孔纳米结构中的许多小气孔使它们看起来是白色的。将白色颗粒混合到传统的光刻胶中不会产生这种效果，因为在打印过程中，光刻胶对于(红色)激光束必须是透明的。“我们的光刻胶，”Mayer 说，“在打印之前是透明的，但打印的物体是白色的，并且具有高反射率。” 卡尔斯鲁厄和海德堡的研究人员通过打印像头发一样细的 Ulbricht 球体(一种光学元件)证明了这一点。

开辟新应用的另一个因素是多孔材料的极大内表面积。它可能适用于最小空间的过滤过程、高度防水涂层或生物细胞的培养。

卓越集群九个研究重点中的三个的合作揭示了新型光刻胶适用的用途以及如何以最佳方式应用它。通过电子显微镜扫描和光学实验，研究人员展示了空腔如何分布在印刷结构中，以及如何通过改变印刷参数，特别是激光脉冲强度来控制它们的形成。卓越集群的工作由海德堡大学的材料科学家以及 KIT 的化学家和物理学家进行。

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