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      雙光子三維飛秒激光直寫儀

      時間:[2018-12-26]  來源:

      (1)設備簡介

      本研究院所擁有的雙光子3D飛秒激光直寫儀(PPGT),由nanoscribe公司生產,是目前世界上精度最高的3D飛秒激光直寫儀之一,在3D微打印和無光罩光刻領域建立了新的標桿。PPGT能方便快速的打印從納米到中等尺度的微結構,特征尺寸從幾百納米到幾個毫米不等。結合定制的光刻膠和軟硬件,該系統可以非常自由方便的設計打印高精度3D微結構,且相對獨立的打印過程為3D微結構在轉印的過程中的材料選擇提供了極大的空間。該設備為2D、2.5D和3D增材制造工藝鋪平了道路,在很多領域都具有應用空間。

      圖1 雙光子三維飛秒激光直寫儀實景圖

      (2)工作原理

      PPGT通過一整套光學設備,控制聚焦在光刻膠中激光的強度,從而保證光刻膠剛好在焦點相應的位置使光刻膠固化;通過軟件控制激光光束焦點在光刻膠中的移動,從而形成所需的結構。其工作原理圖如圖2所示。

      圖2 PPGT工作原理圖

      設備的配件主要包括3個不同倍率的激光鏡頭,其相應的打印范圍如下圖3所示:

      圖3 不同倍率激光鏡頭的打印范圍示意圖

      (3)主要用途

      PPGT主要是通過光刻的方式制造2D、2.5D和3D聚合物結構,特征尺寸從亞微米到毫米尺寸級別。正是由于其超高的精度和極大的設計自由度,使得該設備在很多領域都有廣泛的應用,包括生命科學,能源材料,微型機器人,微流控,光電子學等(圖4)。

      圖4 PPGT應用示例

      (4)關鍵參數

      • 電源電壓:交流100 V~240V,50/60Hz

      • 最大電流:5A

      • 操作環境溫度:22℃(±4℃)

      • 橫向特征尺寸:200nm

      • 橫向分辨率:50nm

      • 壓電范圍:300µm×300µm×300µm

      • 激光波長:780nm

      • 激光平均功率:<180mW

      • 激光功率峰值:25kW

      • 脈沖時間:≈100fs

      • 脈沖時間:≈100fs

      • 脈沖頻率:80MHz

      (5)相關論文

      [1] Johlin E, Mann S A, Kasture S, et al. Broadband highly directive 3D nanophotonic lenses[J]. Nature communications, 2018, 9(1): 4742.

      [2] Li Z, Hu P, Zhu J, et al. Conjugated Carbazole‐Based Schiff Bases as Photoinitiators: From Facile Synthesis to Efficient Two‐Photon Polymerization[J]. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2018, 56(23): 2692-2700.

      [3] Tancogne‐Dejean T, Diamantopoulou M, Gorji M B, et al. 3D Plate‐Lattices: An Emerging Class of Low‐Density Metamaterial Exhibiting Optimal Isotropic Stiffness[J]. Advanced Materials, 2018: 1803334.

      [4] Wang X, Qin X H, Hu C, et al. 3D printed enzymatically biodegradable soft helical microswimmers[J]. Advanced Functional Materials, 2018, 28(45): 1804107.

      [5] Gr&auml;fe D, Wickberg A, Zieger M M, et al. Adding chemically selective subtraction to multi-material 3D additive manufacturing[J]. Nature communications, 2018, 9: 2788.

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