基于双光子聚合的超快多焦点三维纳米制造技术

双光子聚合(TPP)打印是目前最精确的3D打印技术，已被用于许多复杂光学和纳米结构的制造，如光子晶体和微流体器件。在TPP过程中，激光被聚焦到光敏树脂内的高度受限区域，引起非线性吸收效应，即两个或多个光子同时被聚合物分子吸收，然后聚合(固化)局部树脂使具有纳米级微结构。典型的TPP制造系统在打印过程中，结构是按一层一层的方式制作的，即在完成一层后，样品位移台轴向移动一定距离以完成下一层结构的加工。虽然该工艺的分辨率较高，但其加工效率受到连续激光扫描工艺的限制。尤其是当打印复杂的空心结构时，这种缺点更加明显。

近日，香港中文大学Shih-Chi Chen等人设计了一种具有颠覆性的激光纳米结构制造技术，该技术基于TPP和一种超快随机存取数字微镜装置(DMD)扫描仪。利用二进制全息技术，DMD扫描仪可以同时产生并单独控制一个到几十个激光焦点，从而在22.7 kHz下实现并行纳米制造。通过单焦点或多焦点工艺，他们制备了复杂的三维桁架和柴堆结构，其分辨率约为500 nm。并且该技术的制造速度是迄今报道TPP的最高值。基于该技术的纳米制造系统可用于大规模的纳米原型器件制造或复杂结构的创建，如悬垂结构等。而这些结构是很难通过传统的基于光栅扫描系统实现，因此该研究工作给纳米增材制造领域带来了重大的影响和机遇。相关研究工作发表在 Nature Communications 10 (2019) 2179上。

图利用双光子聚合打印技术制备的三维框架结构