Forskerhold udvider 4-D-print til nanofotonik

Singapore University of Technology and Design (SUTD) og dets forskningssamarbejdspartnere har med succes demonstreret den firedimensionelle (4-D) udskrivning af formhukommelsespolymerer i submikrondimensioner, som kan sammenlignes med bølgelængden af ​​synligt lys. Denne nye udvikling har gjort det muligt for forskere nu at udforske nye applikationer inden for nanofotonik.

4-D-printning gør det muligt for 3-D-printede strukturer at ændre deres konfigurationer over tid og bruges inden for en lang række områder, såsom blød robotteknologi, fleksibel elektronik, og medicinsk udstyr.

Forskellige materialer såsom hydrogeler, flydende krystal elastomerer og magnetiske nanopartikler indlejrede resists sammen med tilsvarende udskrivningsmetoder som Direct Ink Writing (DIW), Polyjet, Digital Light Processing (DLP) litografi og Stereolithography (SLA) er udviklet til 4-D print. Imidlertid, de materiale- og mønsterudfordringer, der er forbundet med disse metoder, begrænser opløsningen af ​​4-D-udskrivning til i bedste fald ~10 μm.

For at forbedre opløsningen af ​​4-D udskrivning, forskerholdet udviklede en formhukommelsespolymer (SMP) fotoresist egnet til to-foton polymerisation litografi (TPL). Ved at integrere denne nyudviklede resist med TPL, de undersøgte submikron 4-D udskrivning af SMP'er, i hvilken skala de printede strukturer kan interagere stærkt med synligt lys. Ved at programmere med tryk og varme, submikronstrukturerne kan skifte mellem farveløse og farverige tilstande (se billede).

"Det er bemærkelsesværdigt, at disse 3-D-printede nanostrukturer er i stand til at genvinde deres former og strukturelle farve, efter at de er blevet mekanisk fladtrykt til en farveløs, gennemsigtig tilstand. Denne nye resist, som vi har sammensat, gør det muligt at printe rigtig fine strukturer, mens de stadig bevarer deres egenskaber som en formhukommelsespolymer, " sagde lektor Joel K.W. Yang, hovedefterforsker for holdet fra SUTD.

"Ved at karakterisere fotoresisten, vi udskrev SMP'erne med ~300nm halv pitch. Opløsningen er en størrelsesorden højere end traditionelle højopløselige udskrivningsmetoder som DLP og SLA. Dimensionerne af strukturerne kan bekvemt styres ved at variere udskrivningsparametrene såsom lasereffekt, skrivehastighed og nominel højde, " tilføjede Wang Zhang, førsteforfatter og ph.d. studerende fra SUTD.