這些微觀八面體桁架結構的SEM圖像以100微米的比例顯示[左]，并以10微米的比例放大[右]，其中黃色結構顯示了單個晶胞。

一項新的研究發現，使用全息圖，納米級3D打印機現在可以快速制造細節小于可見光波長的復雜物品。這項研究可以快速制造納米技術陣列的電線、透鏡、旋轉磁齒輪和其他結構，這表明在電子、光子學、微機器人等領域的應用。

目前，用于制造具有復雜形狀的納米級物體的最精確的3D打印技術可能是雙光子光刻。這種方法依賴于液態樹脂，只有當它們同時吸收兩個光子而不是一個光子時，它們才會固化。這使得能夠精確制造具有體素（相當于像素的3D）的物體，尺寸只有幾十納米。

然而，雙光子光刻已被證明對于大規模實際應用來說太慢且昂貴。這在很大程度上使其成為生產微觀原型的昂貴實驗室工具。

新方法可以制造復雜的微觀3D物體，如字母，數字，環，透鏡和齒輪，可以通過施加磁場進行遠程控制。

以前的研究試圖將雙光子光刻中使用的激光束分成多個焦點，以加快制造速度。但是，這種策略通常仍能實現每秒約 10，000 個體素和每小時不到 0.1 立方毫米的打印速度。此外，這種方法通常無法控制每個激光器的焦點，因此不能產生高度可變的結構。

現在，一種新的雙光子光刻技術可以以每秒3萬體素和每小時2.4至5立方毫米的速度打印納米級54D物體。此外，科學家們指出，它達到了高達90納米的分辨率，這是迄今為止在高通量雙光子光刻技術中見過的最好的。此外，他們補充說，該團隊的新工藝可以同時操作多達2，000個可單獨編程的激光焦點來制造復雜的結構，這是迄今為止在高通量雙光子光刻中見過最多的。

固化用于雙光子光刻的樹脂需要極高的激光強度。使用多個激光焦點會增加所需的激光功率，并且通常用于雙光子光刻的激光器幾乎無法提供支持50多個焦點所需的功率。相比之下，新方法使用峰值功率約為10千兆瓦的近紅外激光器。

通常，雙光子光刻依賴于接收大約 10，000 個低功率激光脈沖的焦點，以便完全固化體素。然而，新技術使用的激光器發射速度比雙光子光刻中通常使用的激光器慢數萬到數十萬倍。為了補償，新技術使用單個脈沖來固化每個體素。科學家們說，這需要對光敏樹脂進行大量修補，以優化其印刷質量。

“我們通過單脈沖曝光實現了最佳分辨率，這與實現高分辨率的傳統方法完全相反 - 即低平均功率和長曝光時間，”陳說。

新方法每秒發射一千個100飛秒長的脈沖，將這些脈沖從顯示全息圖的數字微鏡設備上反彈。科學家們可以使用全息圖將每個激光脈沖分成多達2個焦點，具有可單獨控制的強度，位置和相位，可以同時并行運行。

在實驗中，研究人員展示了他們的新方法可以制造復雜的微觀3D物體，如字母，數字，環，透鏡和類似打蛋器的結構。他們還制造了可以通過施加磁場來遠程控制的磁性齒輪。

在這項新研究中，科學家們還透露，他們可以修改每個焦點的激光功率，以實現11種不同的強度水平。這種“灰度控制”可用于調整每個體素的堅固性和機械性能。科學家們指出，新技術顯示出灰度控制，精度超過99%，是并行雙光子光刻技術迄今為止最高的。

此外，研究人員報告說，新方法在雙光子光刻中產生了最高的能源效率。雖然其他技術需要大約 1.5 到 4 瓦的工作功率，但新方法只需要 400 毫瓦的平均功率即可運行 2，000 個焦點。

納米級3D打印的一個潛在應用是制造元結構 - 其結構具有重復圖案的材料，其尺度小于它們設計影響的任何力的波長。旨在操縱電磁輻射的光學超結構可以以意想不到的方式彎曲光線，導致隱形斗篷和其他設備。

研究元結構的最大挑戰之一是制造包含小于一微米的子特征的物體，但總的來說，子特征是其子特征的數千倍。在實驗中，科學家們發現他們的新技術可以制造一個大約1立方毫米大小的網格，由超過680萬個細胞組成，子特征小至000納米。

審核編輯 ：李倩