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Patrícia Daukantas

Os pesquisadores desenvolveram um sistema de nanoimpressão 3D fácil de construir e de baixo custo que pode criar estruturas 3D arbitrárias com recursos extremamente finos. O método é compatível com a maioria dos microscópios comerciais. [Imagem: Cuifang Kuang, Universidade de Zhejiang]

Pesquisadores na China desenvolveram um sistema de impressão a laser 3D de baixo custo que pode fabricar estruturas com características de apenas algumas centenas de nanômetros de tamanho (Opt. Lett., doi: 10.1364/OL.495286). A técnica emprega absorção em duas etapas para criar uma variedade de nanoestruturas, incluindo redes 2D com períodos inferiores a 150 nm. O novo método, que substitui a absorção de dois fótons por um laser de femtosegundo de alta potência, poderia ser usado para criar muitos componentes ópticos, desde metamateriais até microlentes.

Os cientistas já sabem como usar a absorção não linear de dois fótons para desencadear o processo de fotopolimerização em materiais de impressão 3D e criar recursos de tamanho nanométrico. No entanto, o processo requer um laser de femtosegundo caro e meticuloso.

Cuifang Kuang, da Universidade de Zhejiang, e seus colegas adotaram uma abordagem mais recente: aproveitar a absorção em duas etapas para excitar as moléculas fotoiniciadoras que impulsionam o processo de impressão 3D. Sob as condições certas, a absorção em duas etapas demonstra o mesmo tipo de efeito não linear que a absorção de dois fótons, mas a saída de 405 nm de um diodo laser CW comum – semelhante às fontes de luz em reprodutores Blu-ray – é suficiente para alimentar a impressão.

Os pesquisadores usaram seu novo sistema para criar uma variedade de estruturas 3D detalhadas, incluindo uma estrutura de pilha de madeira 3D (linha superior), uma buckyball de 20 μm de diâmetro (canto inferior esquerdo) e duas molduras de caixa cúbicas (canto inferior direito). As imagens foram adquiridas com microscópio eletrônico. [Imagem: Cuifang Kuang, Universidade de Zhejiang]

A equipe usou um laser CW de 532 nm como segunda fonte no processo de absorção em duas etapas. A configuração experimental combinou os feixes com espelhos galvanométricos e dicróicos e os focou através de uma objetiva de microscópio de imersão em óleo no fotorresistente, que incorporou um composto orgânico chamado benzil como fotoiniciador. Um estágio piezoelétrico controlava o movimento enquanto a configuração examinava o fotorresistente com o feixe de luz.

Com uma velocidade de varredura de 100 μm/s, o dispositivo produziu linhas de grade 2D que eram claramente distinguíveis umas das outras em períodos de 125 a 140 nm. A equipe também imprimiu um cristal fotônico de pilha de madeira 3D de oito camadas com um período lateral de 350 nm, além de uma estrutura de “buckyball” de apenas 20 μm de diâmetro.

Mesmo quando a equipe aumentou a velocidade de varredura em uma ordem de magnitude para 1.000 μm/s, a configuração produziu nanoestruturas poliméricas distinguíveis em duas e três dimensões. Os pesquisadores notaram que a ação do laser verde de 532 nm melhorou o processo de polimerização quando velocidades de varredura mais altas significavam que menos potência do laser de 405 nm chegava ao fotorresistente.

“Esta nova abordagem ajuda a tornar a nanoimpressão 3D acessível aos cientistas, mesmo àqueles que não estão familiarizados com os sistemas ópticos normalmente utilizados para este tipo de fabricação”, disse Kuang num comunicado de imprensa que acompanha a investigação. “Isso poderia eventualmente levar a dispositivos de nanoimpressão 3D de desktop de baixo custo que poderiam oferecer nanoimpressão de precisão para qualquer pessoa.”

Data de publicação: 30 de agosto de 2023