Investigadores del Instituto de Tecnología de Karlsruhe (KIT) y la Universidad de Heidelberg han desarrollado un fotorresistente para la microimpresión de dos fotones. Ahora se ha utilizado por primera vez para producir microestructuras poliméricas tridimensionales con cavidades en el rango nano. En Materiales avanzados , los científicos informan cómo se puede controlar la porosidad durante la impresión y cómo esto afecta las propiedades de dispersión de la luz de las microestructuras.

Los fotorresistentes son tintas de impresión que se utilizan para imprimir microestructuras más pequeñas en tres dimensiones mediante la denominada litografía de dos fotones. Durante la impresión, un rayo láser se mueve en todas las direcciones espaciales a través del fotorresistente inicialmente líquido. La fotorresistencia se endurece solo en el punto focal del rayo láser. Poco a poco, De esta forma se pueden construir microestructuras complejas. En un segundo paso, Se usa un solvente para remover aquellas áreas que no fueron expuestas a la radiación. Sigue habiendo arquitecturas poliméricas complejas en los rangos de micrómetros y nanómetros.

La polimerización de dos fotones, o microimpresión de dos fotones basada en este proceso, se ha estudiado ampliamente durante algunos años. en particular en lo que respecta a la producción de microópticas, los llamados metamateriales, y microsandamios para experimentos con células biológicas individuales. Para ampliar el espectro de aplicaciones, se requieren nuevos materiales imprimibles. Este es el punto de partida de los científicos involucrados en el Cluster of Excellence 3-D Matter Made to Order (3DMM2O) de KIT y la Universidad de Heidelberg. "Con la ayuda de fotoprotectores convencionales, era posible imprimir transparente, solo polímeros vidriosos, "dice Frederik Mayer, físico de KIT y autor principal del estudio. "Nuestra nueva fotorresistencia permite por primera vez la impresión de microestructuras 3-D a partir de nanoespuma porosa. Esta espuma de polímero tiene cavidades de 30 a 100 nm de tamaño, que están llenos de aire ".

De transparente a blanco

"Nunca ha habido un fotorresistente para la microimpresión láser 3D, con el que se puede imprimir material 'blanco', "Frederik Mayer señala. Como en una cáscara de huevo porosa, los muchos pequeños agujeros de aire en las nanoarquitecturas porosas las hacen parecer blancas. Mezclar partículas blancas en un fotorresistente convencional no tendría este efecto, porque la fotorresistencia debe ser transparente para el rayo láser (rojo) durante la impresión. "Nuestro fotorresistente, "Mayer dice, "es transparente antes de la impresión, pero los objetos impresos son blancos y tienen una alta reflectividad ”. Los investigadores de Karlsruhe y Heidelberg lo demostraron imprimiendo una esfera de Ulbricht (un componente óptico) tan fina como un cabello.

Otro factor que abre nuevas aplicaciones es la superficie interna extremadamente grande del material poroso. Puede ser útil para procesos de filtración en el espacio más pequeño, revestimientos altamente repelentes al agua, o el cultivo de células biológicas.

La colaboración de tres de los nueve ejes de investigación del Cluster of Excellence reveló los usos para los que es adecuada la novedosa fotorresistencia y cómo se puede aplicar de la mejor manera posible. Mediante escaneos de microscopía electrónica y experimentos ópticos, Los investigadores mostraron cómo se distribuyen las cavidades en las estructuras impresas y cómo se puede controlar su formación variando los parámetros de impresión y, en particular, la intensidad de los pulsos láser. El trabajo en el grupo de excelencia fue realizado por científicos de materiales de la Universidad de Heidelberg, así como por químicos y físicos de KIT.