新型光刻胶可实现最小孔结构的3D打印

颜色变化：右侧利用新型光刻胶打印的微圆柱体显示为白色，这是由于光在其海绵状结构上会出现散射，而用普通光刻胶打印的圆柱体呈现出透明状。图片由3DMM2O提供

卡尔斯鲁厄技术学院（KIT）和海德堡大学的研究人员已经开发出了用于双光子微打印的光刻胶。现在，它已首次用于生产具有纳米级空腔的三维聚合物微结构。在《高级材料》中，科学家报告了如何在打印过程中控制孔隙率，以及孔隙率如何影响微结构的光散射特性。

光刻胶是用于双光子光刻在三个维度上打印最小微结构的打印油墨。在打印期间，激光束通过最初的液态光刻胶在所有空间方向上移动。光刻胶仅在激光束的焦点处硬化。可以一点一点地建立这种复杂的微结构。在第二步骤中，使用溶剂去除那些未暴露于激光辐射区域的光刻胶。微米和纳米范围内的复杂聚合物结构仍然存在。

近年来，对双光子聚合（或基于此过程的双光子微打印）已进行了广泛的研究，特别是在微光子学，也就是所谓的超材料和用于单个生物细胞实验的微支架的生产方面。为了扩大应用范围，需要新的可打印材料。这是参与KIT和海德堡大学卓越3D定制问题群集（3DMM2O）的科学家的出发点。KIT的物理学家，这项研究的主要作者弗雷德里克·梅耶（Frederik Mayer）说：“借助传统的光刻胶，只能打印透明的玻璃状聚合物。但我们的新型光刻胶首次实现了多孔纳米材料的三维微结构打印。这种聚合物泡沫有30到100纳米大小的空腔，里面充满了空气。

从透明到白色

弗雷德里克·梅耶（Frederik Mayer）指出：“从来没有用于3D激光微打印的光刻胶，可以用它打印'白色'材料。” 就像在多孔蛋壳中一样，多孔纳米结构中的许多小气孔使它们看起来呈白色。将白色颗粒混合到常规光刻胶中不会产生这种效果，因为在打印过程中，光刻胶对于（红色）激光束必须是透明的。梅耶说：“我们的光刻胶在打印前是透明的，但打印的物体是白色的，具有高反射率。” 来自卡尔斯鲁厄（Karlsruhe）和海德堡（Heidelberg）的研究人员通过打印与头发一样细的Ulbricht球体（一种光学组件）来证明了这一点。

开辟新应用的另一个因素是多孔材料的极大的内表面积。它对于最小空间的过滤过程，高度防水的涂层或生物细胞的培养可能很有用。

   九个卓越研究小组中的三个小组的合作揭示了这种新型光刻胶的用途，以及如何以最佳方式进行应用。通过电子显微镜扫描和光学实验，研究人员展示了空腔如何在打印结构中分布以及如何通过改变打印参数，特别是改变激光脉冲强度来控制其形成。海德堡大学的材料科学家以及KIT的化学家和物理学家在卓越研究小组中开展了工作。