Za pomocą tego rodzaju lekkiego wypaczenia, które powoduje „peleryny niewidzialności” to możliwe, naukowcy opracowali nowy rodzaj Druk 3D który jest w stanie uzyskać zarówno mikroskopijne szczegóły, jak i wysoką przepustowość. Naukowcy sugerują, że ich nowa technika mogłaby umożliwić masową produkcję złożonych struktur w skali nanometrowej. Potencjalne zastosowania obejmują dostawa leków I fuzja jądrowa badania.
Obecnie najbardziej precyzyjną metodą drukowania 3D złożonych cech mikroskopowych jest litografia dwufotonowa. W tej technice wykorzystuje się płynne żywice, które krzepną tylko wtedy, gdy fotoczułe cząsteczki w żywicy pochłoną jednocześnie dwa fotony światła zamiast tylko jednego. Litografia dwufotonowa umożliwia wytwarzanie przedmiotów z woksele— trójwymiarowy odpowiednik pikseli — o rozmiarze zaledwie kilkudziesięciu nanometrów.
Jednak dwufotonowy litografia okazał się zbyt wolny do zastosowań praktycznych na dużą skalę. W dużej mierze uczyniło go to narzędziem laboratoryjnym do produkcji mikroskopijnych prototypów.
Do tej pory litografia dwufotonowa opierała się na metodzie konwencjonalnej soczewkiktóre mają ograniczenia spowalniające technikę. Teraz w nowym badaniu Xia i jego współpracownicy eksperymentowali z „metaliczne”, które mogą zakrzywiać światło w nieoczekiwany sposób.
Metalenses rewolucjonizują druk 3D
Naukowcy eksperymentowali optyka zrobiony z metastruktury—materiały, których struktury zawierają powtarzające się wzory w skalach mniejszych niż długości fal tego, z czym te struktury mają oddziaływać. Optyczny metastrukturyktóre obejmują metale, może manipulować światłem na różne sposoby, tworząc urządzenia takie jak peleryny niewidzialności które mogą zakrzywiać światło obiekty od światła.
W ramach nowego badania naukowcy stworzyli metaliczne soczewki, z których każdy, gdy pada na nie intensywne światło lasera, może służyć jako miniatura Drukarka 3D. Te płaskie metalowe soczewki mogłyby skupiać to światło bez aberracji, które mogą wynikać z krzywizn konwencjonalnej optyki. Powstałe soczewki mogą generować wysoką rozdzielczość, jednocześnie unikając problemów, które mogą zmniejszyć przepustowość.
Naukowcy stworzyli układy zawierające do 129 500 metali. Każdy metal miał szerokość od 100 do 200 mikrometrów i składał się z lasów krzemowych filarów, z których każdy miał 195 nanometrów długości i 104 nanometry średnicy.
Nowy system litografii na bazie metali najpierw wysyła femtosekundowy impuls lasera w bliskiej podczerwieni na światło przestrzenne modulator. Modulator kształtuje laser we wzór światła na matrycy metali, generując do ponad 120 000 ognisk na żywicy pod spodem w celu jego zestalenia. Każdy metal w obrębie układu może pracować niezależnie w zakresie funkcji drukowania 3D. W jednym przykładzie badacze wyprodukowali mikroskopijne szachownice, każda o szerokości około 100 mikrometrów szachy kawałek wydrukowany przez inny metal.
Songyun Gu trzyma matrycę z metali, która może przyspieszyć mikroskopijne zadania drukowania 3D i zwiększyć ich precyzję.Songyun Gu
Potencjalne zastosowania takiej technologii mogą obejmować wytwarzanie złożonych, wyspecjalizowanych celów laserytakie jak granulki przechowujące paliwo w badaniach nad syntezą jądrową przy użyciu laseramówi Xiaoxing Xiapracownik naukowy w Laboratorium Narodowe Lawrence Livermorew Livermore w Kalifornii. Inną możliwością jest wygenerowanie milionów nanocząstki ułatwiające dostarczanie leków do organizmu, a które są trudne do wytworzenia przy użyciu innych technik.
Słabością konwencjonalnej litografii dwufotonowej jest to, że ogranicza się ona do drukowania obszarów o boku zaledwie kilkuset mikrometrów. Aby stworzyć większe konstrukcje, badacze często muszą zszyć ze sobą tysiące płytek, co jest procesem powolnym i podatnym na błędy. Nowy system może drukować obszary o powierzchni do 12 centymetrów kwadratowych z boku, minimalizując potrzebę szycia.
W eksperymentach nowy system był w stanie drukować elementy o wielkości nawet 113 nanometrów, co odpowiada istniejącym, porównywalnym systemom litografii dwufotonowej. Jednakże drukował te cechy z szybkością do 120 milionów wokseli na sekundę, czyli około 1000 razy szybciej niż w przypadku innych systemów litografii dwufotonowej.
„W tym artykule wykazaliśmy, co możemy zrobić przy ograniczonych zasobach w warunkach laboratoryjnych” – mówi Xia. „Dzięki komercyjnym, dostępnym na półce aktualizacjom, w stosunkowo prosty sposób można osiągnąć kolejne 100-krotne zwiększenie przepustowości”.
Naukowcy szczegółowo ich ustalenia online 17 grudnia w czasopiśmie Natura.
Z artykułów w Twojej witrynie
Powiązane artykuły w Internecie
