不可思议的微纳造物技术:很大程度改善粗糙度和精度

   2017-02-06 科学大院微信公众号佚名6090

科研上的应用

这种微纳尺度的3D打印机给科学家提供了一种强有力的手段,来设计和加工多种多样以往只能够进行仿真模拟的微纳结构,通过实际实验检验它们的性质。尤其是在光学研究领域,出现了许多以双光子激光直写技术为基础的研究工作。

双光子直写技术加工的三维光子晶体(http://photonhive.com/what-cool-things-you-can-do-with-direct-laser-writing-a-k-a-3d-printer/)

双光子直写技术加工的三维光子晶体(http://photonhive.com/what-cool-things-you-can-do-with-direct-laser-writing-a-k-a-3d-printer/)

上图是科研中双光子激光直写技术实际应用的一个例子,科学家使用该技术制作了三维的光子晶体。光子晶体(Photonic Crystal)是一种人工微纳结构,它由不同折射率的介质周期性排列而成,具有特殊的光子带隙,因而拥有很多奇异的光学性质。这种微纳周期结构加工起来非常困难,但使用双光子激光直写技术,则可以非常方便的加工出来。

除了光子晶体,双光子激光直写技术还用于加工微纳尺度的光学元件,下图就是这样一个例子。

双光子直写技术制作的内窥镜(http://www.nature.com/nphoton/journal/v10/n8/full/nphoton.2016.121.html)

双光子直写技术制作的内窥镜(http://www.nature.com/nphoton/journal/v10/n8/full/nphoton.2016.121.html)

我们都知道,内窥镜技术为医学诊断、工业探伤等领域提供了强力的手段,对于内窥镜,相信大家最为熟悉的就是胃镜。医生将通过光导纤维相连的内窥镜通过食道插入胃部,可以借此观察胃部图像,对检测黏膜损伤、内溃疡、胃出血等症状提供直接证据。

2016年Nature Photonics发表了一篇文章,科学家利用双光子激光直写技术在光纤顶端不到一百多微米的尺度范围内加工了成像效果良好的透镜组,制成了目前世界上最小的内窥镜。

双光子直写技术加工的单透镜、双透镜和三透镜组的成像效果。a.单透镜、双透镜和三透镜组的光路设计图 b.成像效果仿真模拟图 c.单透镜、双透镜和三透镜组剖面的电子显微镜照片 d.实验实际得到的成像效果图

双光子直写技术加工的单透镜、双透镜和三透镜组的成像效果。a。单透镜、双透镜和三透镜组的光路设计图 b。成像效果仿真模拟图 c。单透镜、双透镜和三透镜组剖面的电子显微镜照片 d。实验实际得到的成像效果图

艺术领域的应用

当然,除了科研领域外,该项技术越来越多的被利用在艺术领域。

2014年,南非艺术家Jonty Hurwitz与Weitzmann Institute of Science的科学家们合作,利用该技术制成了世界上最小的雕塑。

首先他们通过三维扫描技术扫描并记录了人体模特身体的三维空间信息,然后将其转化为空间坐标。再然后,他们利用双光子激光直写技术,在一根针的针孔里制作了该人体模特的微纳雕塑,这是世界上最小的人体雕塑,并获得了吉尼斯世界纪录的正式认证。

双光子激光直写技术制作的世界最小的人体雕塑(http://www.jontyhurwitz.com/nano)

双光子激光直写技术制作的世界最小的人体雕塑(http://www.jontyhurwitz.com/nano)

 

 
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