使用 3D 纳米打印

使用双光子光刻技术打印 3D 纳米级结构

3D 打印，也称为增材制造，是一项不断发展的技术。在早期，设计师使用它来创建小型 3D 结构，因为这是一种使用自己的打印机创建定制的单个部件的“酷”方式。从那以后，它已经发展成为一种强大的制造技术，可以为广泛的行业打印几何形状复杂的零件。范围进一步扩大，因为现在可以在纳米级进行 3D 打印。

许多人可能会争辩说，传统的 3D 打印方法涉及在纳米尺度上工作，因为这些结构是在原子层中构建的。虽然这是事实，但由此产生的产品（或成品）是一种散装结构。现在可以 3D 打印原子层，结果是纳米材料或纳米结构，而无需生产块状结构作为终点。虽然这是一个相对较新的领域，但它可以与其他常见的自下而上纳米加工方法（例如化学气相沉积 (CVD)、物理气相沉积 (PVD) 和原子层沉积）一起成为一种有用且用途广泛的纳米加工技术(ALD)。在本文中，我们将讨论设计人员如何使用双光子光刻来打印 3D 纳米级结构。

双光子光刻

现在可以使用称为双光子光刻的技术在纳米级打印结构。光刻是一类制造技术，可将材料沉积到表面上，表面上有光刻胶掩模。光刻胶掩模保护表面的某些区域，而其他部分则被蚀刻成特定的图案和几何形状。一般来说，光刻技术本质上是自上而下的，而不是自下而上的。

双光子光刻略有不同，它已广泛用于在各种表面上创建复杂的纳米级结构。要在纳米尺度上打印，所用材料需要处于液态并且对光子敏感（最好是对电磁波谱的近红外区域的光子）。从这个液态状态点，高能激光（通常是脉冲）击中液体材料。来自激光的能量通过吸收近红外光子使液体材料结合在一起——在许多情况下是通过聚合——将材料从液态变为固态。这随后允许制造坚固的结构。

激光可以围绕液体起始材料在三个维度上进行扫描，这使得打印结构可以由激光扫描的位置来控制。与许多其他光刻方法一样，光阻材料（即光阻掩模）也可以放置在某些区域上，并且可以更好地在三个维度上引导结构的生长。其结果是一种由液体前体制成的固体纳米结构材料，很像传统的 3D 打印，但规模较小。这项技术正在大量用于无机和有机材料，尤其是光敏聚合物，并已开始扩展到金属。

结论

3D 打印在制造领域引起了极大的兴趣，但它在纳米技术中的应用相对较新。虽然聚合物是纳米级打印时使用的主要材料，但可行的材料范围正在增加。这是一个在未来几年肯定会增长的领域，如果它以与其他 3D 打印方法相同的速度增长，它可能会成为一种成熟的纳米制造技术。一些未来的应用可能包括精确的纳米级图案化、具有精确和复杂结构的纳米材料的制造、用于创建分子支架，它甚至有可能用于在量子计算应用中制造量子比特 (qubits)。

利亚姆·克里奇利 ( Liam Critchley ) 是一名作家、记者和传播者，专门研究化学和纳米技术以及分子水平的基本原理如何应用于许多不同的应用领域。利亚姆最出名的可能是他的信息丰富的方法以及向科学家和非科学家解释复杂的科学主题。Liam 在与化学和纳米技术交叉的各个科学领域和行业发表了 350 多篇文章。

Liam 是欧洲纳米技术工业协会 (NIA) 的高级科学传播官，过去几年一直在为全球的公司、协会和媒体网站撰稿。在成为一名作家之前，利亚姆完成了化学与纳米技术和化学工程的硕士学位。

除了写作之外，利亚姆还是美国国家石墨烯协会 (NGA)、全球组织纳米技术世界网络 (NWN) 的顾问委员会成员，以及英国科学慈善机构 GlamSci 的董事会成员。Liam 还是英国纳米医学学会 (BSNM) 和国际先进材料协会 (IAAM) 的成员，以及多个学术期刊的同行评审员。

审核编辑 黄宇