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Patrizia Daukantas

I ricercatori hanno sviluppato un sistema di nanostampa 3D facile da costruire e a basso costo in grado di creare strutture 3D arbitrarie con caratteristiche estremamente fini. Il metodo è compatibile con la maggior parte dei microscopi commerciali. [Immagine: Cuifang Kuang, Università di Zhejiang]

Secondo quanto riferito, alcuni ricercatori in Cina hanno sviluppato un sistema di stampa laser 3D a basso costo in grado di fabbricare strutture con caratteristiche di dimensioni di solo poche centinaia di nanometri (Opt. Lett., doi: 10.1364/OL.495286). La tecnica utilizza l'assorbimento in due fasi per creare una varietà di nanostrutture, inclusi reticoli 2D con periodi inferiori a 150 nm. Il nuovo metodo, che sostituisce l’assorbimento di due fotoni con un laser a femtosecondi ad alta potenza, potrebbe essere utilizzato per creare molti componenti ottici, dai metamateriali alle microlenti.

Gli scienziati sanno già come utilizzare l’assorbimento non lineare di due fotoni per innescare il processo di fotopolimerizzazione nei materiali di stampa 3D e creare caratteristiche di dimensioni nanometriche. Tuttavia, il processo richiede un laser a femtosecondi costoso e complicato.

Cuifang Kuang, Università di Zhejiang, e i suoi colleghi hanno adottato un approccio più recente: sfruttare l’assorbimento in due fasi per eccitare le molecole fotoiniziatrici che guidano il processo di stampa 3D. Nelle giuste condizioni, l'assorbimento a due fasi dimostra lo stesso tipo di effetto non lineare dell'assorbimento a due fotoni, ma l'uscita di 405 nm da un normale diodo laser CW, simile alle sorgenti luminose dei lettori Blu-ray, è sufficiente per alimentare la stampa.

I ricercatori hanno utilizzato il loro nuovo sistema per realizzare una varietà di strutture 3D dettagliate, tra cui una struttura di catasta di legna 3D (fila superiore), un buckyball di 20 μm di diametro (in basso a sinistra) e due telai cubici (in basso a destra). Le immagini sono state acquisite con un microscopio elettronico. [Immagine: Cuifang Kuang, Università di Zhejiang]

Il team ha utilizzato un laser CW da 532 nm come seconda sorgente nel processo di assorbimento in due fasi. L'apparato sperimentale ha combinato i fasci con specchi galvanometrici e dicroici e li ha focalizzati attraverso un obiettivo del microscopio a immersione in olio sul fotoresist, che incorporava un composto organico chiamato benzile come fotoiniziatore. Uno stadio piezoelettrico controllava il movimento mentre il dispositivo scansionava il fotoresist con il raggio luminoso.

Con una velocità di scansione di 100 μm/s, il dispositivo ha prodotto linee di reticolo 2D chiaramente distinguibili l'una dall'altra in periodi compresi tra 125 e 140 nm. Il team ha anche stampato un cristallo fotonico di catasta di legna 3D a otto strati con un periodo laterale di 350 nm, oltre a una struttura “buckyball” di soli 20 μm di diametro.

Anche quando il team ha aumentato la velocità di scansione di un ordine di grandezza fino a 1000 μm/s, la configurazione ha prodotto nanostrutture polimeriche distinguibili in due e tre dimensioni. I ricercatori hanno notato che l'azione del laser verde da 532 nm ha migliorato il processo di polimerizzazione quando velocità di scansione più elevate significavano che meno potenza del laser da 405 nm arrivava al fotoresist.

“Questo nuovo approccio aiuta a rendere la nanostampa 3D accessibile agli scienziati, anche a quelli che non hanno familiarità con i sistemi ottici tipicamente utilizzati per questo tipo di fabbricazione”, ha affermato Kuang in un comunicato stampa che accompagna la ricerca. “Potrebbe eventualmente portare a dispositivi desktop di nanostampa 3D a basso costo che potrebbero offrire nanostampa di precisione a chiunque”.

Data di pubblicazione: 30 agosto 2023