創想三維：3D打印機制造超表面納米天線陣列

http://www.hai34.com2019年07月05日 09:56教育裝備網

　　來自普渡大學的吉欽普拉巴使用雙光子聚合探索了AM工藝的制作過程，該過程可用于光學、超材料和表面、微流體、組織工程和生物打印等多種應用，同時進一步探索了提供藥物的創新方法。普拉巴概述了他在“光學超表面納米天線陣列的3D打印”中的工作，討論了如何在所謂的真正的3D打印中制作納米結構。

　　普渡大學

　　在這項研究中，普拉巴采用雙光子制造技術，通過Diabloo天線陣列在玻璃基板上打印出一個超表面，然后涂上金。雖然可以通過多種方式進行微加工，普拉巴指出，多光子吸收是優越的，因為它只有一個激光束的3D打印來處理復雜的幾何圖形能力。

　　普拉巴說：“這一過程可以被視為真正的3D打印，因為與逐層進行的其他3D打印制造方法相比，焦點的3D掃描能夠以真正的3D方式形成結構。”基于雙光子吸收的自由基光聚合是實現這一非凡壯舉的原因。雙光子吸收是指同時吸收兩個光子，以將分子的能級從一種狀態提高到更高的激發狀態。”

　　(a)線性激發與雙光子激發(b)兩種情況下光束軸中心的空間強度分布。橫向整合的激發分子的輪廓顯示在每個3D圖的左側

　　利用800納米飛秒激光制作了納米天線陣列，并用掃描電子顯微鏡和傅立葉變換紅外光譜儀對其進行了研究。

　　“對于非常小且通過添加淬火劑以更高分辨率打印的結構，上述傳統的切片方式導致結構邊緣較厚，頂部不光滑。對于像Diabolo天線這樣的納米天線結構，設計了一種新型掃描方法。

　　(a)顯示玻璃上厚度為t的金結構、其他尺寸和電場極化方向的Diabolo天線的模擬模型，(b)磁場增強(g=t=50 nm，d=310 nm，λ=1940 nm)激發結果顯示中心熱點具有峰值磁場增強效應。正火220，磁場無金結構

　　在使用這種方法時，天線在Autodesk Inventor中設計，然后使用slic3r將其切成層。天線陣列以40×40μm或50×50μm的速度打印在蓋玻片基板上，通過電子束蒸發鍍上55nm厚的金。各種優化參數包括：

　　結構高度

　　x和y的周期性

　　領結長度和寬度

　　頸部長度和寬度

　　金涂層厚度

　　(a)微流體用微閥截面圖[8](b)藥物用微籠裝置交付[9](c)超材料的一個例子-超輕微晶格[10](d)利用多光子高階衍射模式的靜電可調諧等離子體器件聚合三維微彈簧

　　“通過模擬優化了天線參數，圖中顯示了臨界參數變化的影響，并計算了4.04微米共振條件下的零反射。吸光度是用體積損失密度方程計算的，”作者總結說。天線和聚合物中的吸收可以忽略不計，在共振條件下，孔徑中的吸收峰值為50%。透射率圖顯示，共振時透射率峰值接近反射傾角，共振時透射率約為50%。傅立葉變換紅外(FTIR)實驗表明，在波長為6.6微米的情況下，極化依賴性下降至40%。這種下降和較淺下降位置的變化可能是由于制造誤差造成的，例如天線尺寸和位置之間的微小變化。