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Patricia Daukantas

Los investigadores han desarrollado un sistema de nanoimpresión 3D de bajo costo y fácil de construir que puede crear estructuras 3D arbitrarias con características extremadamente finas. El método es compatible con la mayoría de los microscopios comerciales. [Imagen: Cuifang Kuang, Universidad de Zhejiang]

Según se informa, investigadores en China han desarrollado un sistema de impresión láser 3D de bajo costo que puede fabricar estructuras con características de sólo unos pocos cientos de nanómetros de tamaño (Opt. Lett., doi: 10.1364/OL.495286). La técnica emplea absorción en dos pasos para crear una variedad de nanoestructuras, incluidas rejillas 2D con períodos de menos de 150 nm. El nuevo método, que reemplaza la absorción de dos fotones con un láser de femtosegundo de alta potencia, podría usarse para crear muchos componentes ópticos, desde metamateriales hasta microlentes.

Los científicos ya saben cómo utilizar la absorción no lineal de dos fotones para iniciar el proceso de fotopolimerización en materiales de impresión 3D y crear características de tamaño nanométrico. Sin embargo, el proceso requiere un láser de femtosegundo costoso y delicado.

Cuifang Kuang, de la Universidad de Zhejiang, y sus colegas adoptaron un enfoque más reciente: aprovechar la absorción en dos pasos para excitar las moléculas fotoiniciadoras que impulsan el proceso de impresión 3D. En las condiciones adecuadas, la absorción en dos pasos demuestra el mismo tipo de efecto no lineal que la absorción de dos fotones, pero la salida de 405 nm de un diodo láser CW ordinario, similar a las fuentes de luz de los reproductores de Blu-ray, es suficiente para alimentar La impresión.

Los investigadores utilizaron su nuevo sistema para crear una variedad de estructuras 3D detalladas, incluida una estructura de pila de leña 3D (fila superior), una buckybola de 20 μm de diámetro (abajo a la izquierda) y dos marcos de caja cúbicos (abajo a la derecha). Las imágenes fueron adquiridas con un microscopio electrónico. [Imagen: Cuifang Kuang, Universidad de Zhejiang]

El equipo utilizó un láser CW de 532 nm como segunda fuente en el proceso de absorción de dos pasos. La configuración experimental combinó los haces con espejos galvanométricos y dicroicos y los enfocó a través de un objetivo de microscopio de inmersión en aceite en el fotorresistente, que incorporaba un compuesto orgánico llamado bencilo como fotoiniciador. Una etapa piezoeléctrica controlaba el movimiento mientras la configuración escaneaba el fotorresistente con el haz de luz.

Con una velocidad de escaneo de 100 μm/s, el dispositivo produjo líneas de rejilla 2D que se distinguieron claramente entre sí en períodos de 125 a 140 nm. El equipo también imprimió un cristal fotónico de pila de madera en 3D de ocho capas con un período lateral de 350 nm, además de una estructura de "buckyball" de sólo 20 μm de ancho.

Incluso cuando el equipo aumentó la velocidad de escaneo en un orden de magnitud a 1000 μm/s, la configuración produjo nanoestructuras de polímeros distinguibles en dos y tres dimensiones. Los investigadores notaron que la acción del láser verde de 532 nm mejoraba el proceso de polimerización cuando velocidades de escaneo más altas significaban que menos potencia del láser de 405 nm llegaba al fotorresistente.

"Este nuevo enfoque ayuda a que la nanoimpresión 3D sea accesible para los científicos, incluso para aquellos que no están familiarizados con los sistemas ópticos típicamente utilizados para este tipo de fabricación", dijo Kuang en un comunicado de prensa que acompaña a la investigación. "Con el tiempo, esto podría conducir a dispositivos de nanoimpresión 3D de escritorio de bajo costo que podrían ofrecer nanoimpresión de precisión a cualquiera".

Fecha de publicación: 30 de agosto de 2023