Onderzoeksteam breidt 4-D-printen uit naar nanofotonica

De Singapore University of Technology and Design (SUTD) en haar onderzoeksmedewerkers hebben met succes het vierdimensionale (4-D) printen van vormgeheugenpolymeren aangetoond in submicronafmetingen die vergelijkbaar zijn met de golflengte van zichtbaar licht. Door deze nieuwe ontwikkeling hebben onderzoekers nu nieuwe toepassingen op het gebied van nanofotonica kunnen verkennen.

Met 4-D-printen kunnen 3D-geprinte structuren in de loop van de tijd van configuratie veranderen en wordt het op een groot aantal verschillende gebieden gebruikt, zoals zachte robotica, flexibele elektronica en medische apparaten.

Verschillende materialen zoals hydrogels, vloeibaar-kristalelastomeren en magnetische nanodeeltjes ingebedde resists, samen met bijbehorende printmethoden zoals Direct Ink Writing (DIW), Polyjet, Digital Light Processing (DLP) lithografie en Stereolithography (SLA) zijn ontwikkeld voor 4-D-printen. De materiaal- en patroonuitdagingen die inherent zijn aan deze methoden, beperken de resolutie van 4-D-afdrukken echter op zijn best tot ~ 10 μm.

Om de resolutie van 4-D-printen te verbeteren, heeft het onderzoeksteam een ​​fotolak met vormgeheugen-polymeer (SMP) ontwikkeld die geschikt is voor twee-fotonenpolymerisatielithografie (TPL). Door deze nieuw ontwikkelde resist te integreren met TPL, onderzochten ze submicron 4-D-printen van SMP’s op welke schaal de geprinte structuren sterk kunnen interageren met zichtbaar licht. Door te programmeren met druk en warmte kunnen de submicronstructuren wisselen tussen kleurloze en kleurrijke toestanden (zie afbeelding).

“Het is opmerkelijk dat deze 3D-geprinte nanostructuren hun vorm en structurele kleur kunnen terugkrijgen nadat ze mechanisch zijn afgevlakt tot een kleurloze, transparante staat. Deze nieuwe resist die we hebben bedacht, maakt het mogelijk om heel fijne structuren te printen terwijl ze met behoud van hun eigenschappen als vormgeheugenpolymeer, “zei universitair hoofddocent Joel KW Yang, hoofdonderzoeker van het team van SUTD.

“Door de fotoresist te karakteriseren, hebben we de SMP’s met een halve pitch van ~ 300 nm geprint. De resolutie is een orde van grootte hoger dan traditionele printmethoden met hoge resolutie, zoals DLP en SLA. De afmetingen van de structuren kunnen gemakkelijk worden gecontroleerd door de print te variëren. parameters zoals laservermogen, schrijfsnelheid en nominale hoogte, “voegde Wang Zhang, eerste auteur en Ph.D. student van SUTD.