科學(xué)家發(fā)明了高效的納米3D打印聚合物X射線透鏡

  斯圖加特馬克斯普朗克智能系統(tǒng)研究所的科學(xué)家們使用3D打印技術(shù)從聚合物材料制造具有納米尺寸特征和出色聚焦能力的X射線透鏡。這項(xiàng)新技術(shù)使他們能夠在一分鐘內(nèi)制造出具有極其有利的X射線光學(xué)特性的每個(gè)單透鏡，從而降低了原型制造和制造的成本。科學(xué)家們?yōu)樗麄兊陌l(fā)明申請(qǐng)了專(zhuān)利。

制造方法概述。通過(guò)掃描電子顯微鏡對(duì)顯微照片成像

  X射線顯微鏡是獨(dú)特地結(jié)合納米尺寸分辨率和大穿透深度的成像工具。 X射線顯微鏡或XRM是唯一能夠以高分辨率研究埋藏特征的技術(shù)，例如，它允許您在不破壞計(jì)算機(jī)中央處理單元的情況下查看其中的缺陷，使微機(jī)械在工作條件下可見(jiàn)，并研究自然環(huán)境中細(xì)胞的細(xì)胞器。然而，X射線的聚焦需要具有極具挑戰(zhàn)性的納米級(jí)幾何形狀的光學(xué)器件。由于其復(fù)雜的納米制造方法，單個(gè)鏡頭可能花費(fèi)高達(dá)數(shù)萬(wàn)歐元。

  斯圖加特馬克斯普朗克智能系統(tǒng)研究所的現(xiàn)代磁系統(tǒng)和物理智能部門(mén)已經(jīng)聯(lián)手尋找一種新的，更便宜的方法來(lái)制作3D Kinoforms，會(huì)聚透鏡，能夠有效地聚焦X射線。 Kinoforms以非理想的近似圖案制造，并且需要復(fù)雜的多步驟制造工藝。這就是3D打印發(fā)揮作用的地方。他們發(fā)現(xiàn)飛秒雙光子納米3D打印是制造這種衍射X射線光學(xué)元件的最佳方法。

  “我們使用了飛秒脈沖紅外（IR）激光器，以及可以通過(guò)同時(shí)吸收多個(gè)紅外光子來(lái)聚合的光刻膠，以寫(xiě)入小于光波長(zhǎng)的結(jié)構(gòu)”，Umut T. Sanli博士解釋說(shuō)?！巴ㄟ^(guò)這種方式，我們實(shí)現(xiàn)了極具挑戰(zhàn)性的X射線透鏡幾何結(jié)構(gòu)，具有納米級(jí)特征和非常高的聚焦效率，”他繼續(xù)說(shuō)道。初步結(jié)果顯示，使用直接軟X射線成像和ptychography的3D打印的kinoforms表現(xiàn)出優(yōu)越的性能，效率高達(dá)20％。

  由于輻射損壞，幾乎每年都需要更換XRM的X射線光學(xué)系統(tǒng)。因此，重要的是找到高產(chǎn)量的制造工藝來(lái)制造X射線透鏡?！斑x擇合適的材料是制造過(guò)程的關(guān)鍵部分，”Micro / Nano集團(tuán)負(fù)責(zé)人Kahraman Keskinbora博士解釋道。他和他的團(tuán)隊(duì)選擇雙光子聚合（2PP）聚合物來(lái)制造X射線透鏡?！拔覀円庾R(shí)到2PP-聚合物具有非常有利的X射線光學(xué)特性，只能與鈹 ，一種劇毒元素， 以及非常昂貴的鉆石相匹配?！贝送?，鈹和金剛石都很難成形在納米尺度上進(jìn)入所需的3D輪廓。 “使用新發(fā)明，鏡頭的3D打印只需不到一分鐘，因此，X射線鏡頭的原型制造和制造成本大大降低。此外，聚合物鏡片制造安全，一旦優(yōu)化，制作很簡(jiǎn)單。

納米3D打印技術(shù)在新概念和新型X射線光學(xué)中的應(yīng)用

  通過(guò)將幾個(gè)鏡頭組合在一起向前邁進(jìn)了一步。通過(guò)集成各種光學(xué)器件，我們可以有效地控制和操縱X射線波陣面。隨著幾個(gè)鏡頭和其他波前成形元件一個(gè)接一個(gè)地定位，我們可以優(yōu)化這些集成的X射線光學(xué)系統(tǒng)，即使是非常堅(jiān)硬的X射線能量范圍，因此，有許多新的研究場(chǎng)所可供遵循。

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