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科學家發明了高效的納米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研究所的科學家們樣品使用3D打印技術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。這項新技術使他們能夠在一分鐘內制造出具有極其有利的X射線光學特性的每個單透鏡,從而降低了原型制造和制造的成本。科學家們為他們的發明申請了專利。

X射線顯微鏡是獨特地結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XRPRM是唯一能夠以高分辨率研究埋藏特征的技術,例3D列印如,它允許您在不破壞計算機中央處理單元的情況下查看其中的缺陷,使微機械在工作條件下可見,並研究自然環境中細胞的細胞器。然而,X射線的聚焦需要具有極具挑戰性的納米級幾何形狀的光學器件。由於其復雜的納米制造方法,單個鏡頭可能花費高達數萬歐元。

斯圖加特馬克斯普朗克智能系統研究所的現代磁系統和物理智能部門已經聯手尋找一種新的,更便宜的方法來制作3D Kinoforms,會聚透鏡,能夠有效地聚焦X射線。 Kinoforms以非理想的近似圖案制造,並且需要復雜的多步驟制造工藝。這就是3D打印發揮作用的地方。他們發現飛秒雙光子納米3D打印是制造這種衍射X射線光學元件的最佳方法。

“我們使用了飛秒脈衝紅外(IR)激光器,以及可以通過同時吸收多個紅外光子來聚合的光刻膠,以寫入小於光波長的結構”,Umut T。 Sanli博士解釋說。“通過這種方式,我們實現了極具挑戰性的X射線透鏡幾何結構,具有納米級特征和非常高的聚焦效率,”他繼續說道。初步結果顯示,使用直接軟X射線成像和ptychography的3D打印的kinoforms表現出優越的性能,效率高達20%。

由於輻射損壞,幾乎每年都需要更換XRM的X射線光學系統。因此,重要的是找到高產量的制造工藝來制造X射線透鏡。“選擇合適的材料是制造過程的關鍵部分,”Micro / Nano集打樣團Kahraman Keskinbora博士解釋道。他和他的團隊選擇雙光子聚合(2PP)聚合物來制造X射線透鏡。“我們意識到2PP-聚合物具有非常有利的X射線光學特性,只能與鈹 ,一種劇毒元素, 以及非常昂貴的鑽石相匹配。”此外,鈹和金剛石都很難成形在納米尺度上進入所需的3D輪廓。 “使用新發明,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,一旦優化,制作很簡單。

通過將幾個鏡頭組合在一起向前邁進了一步。通過集成各種光學器件,我們可以有效地控制和操縱X射線波陣面。隨著幾個鏡頭和逆向工程其他波前成形元件一個接一個地定位,我們可以優化這些集成的X射線光學系統,即使是非常堅硬的X射線能量範圍,因此,有許多新的研究場所可供遵循。

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