微纳金属探针温度计3D打印技术应用:AFM探针

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探針可以为样本分析提供无限的选择也大大提高了分辨率。德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的一个研究小组已经开发出一种新技术,该技術使用基于双光子聚合的3D直接激光写入来制造定制的AFM探针


基于双光子聚合的3D激光直接写入方法适用于创建自定义设计的探针。(a)在悬臂梁上使用双光子聚合打印的示意图这张插图显示的是探针扫描的电子显微镜图像

  原子力显微镜(AFM)使科学家能够在原子水平上研究表面。该技术是基于一个基本的概念那就是使用悬臂上的一个探针来“感受”样本的形态。实际上人们使用原子力显微镜(AFM)已经超过三十年了。用户能够很容易的在他们的实验中使用传统的微机械探针但为用户提供标准尺寸的探针并不是厂家提供服务的方式。


  一般来说科学家们需要的是拥有独特设计的探针——无论是非常长的探针,亦或是拥有特殊形状、可以很容易探到深槽底部的探针等不过,虽然微加工可用于制造非标准探头但是价格非常昂贵。


  如今德国卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)的一个研究小组,已经开发出┅种新技术该技术使用基于双光子聚合的3D直接激光写入来制造定制的AFM探针。这项研究的结果将刊登在AIP出版的《AppliedPhysicsLetters》杂志封面上


  双光孓聚合是一种3D打印技术,它可以实现具有出色分辨率的构建效果这种工艺使用一种强心红外飞秒激光脉冲来激发可用紫外线光固化的光阻剂材料。这种材料可促进双光子吸附从而引发聚合反应。在这种方式中自由设计的组件可以在预计的地方被的3D打印,包括像悬臂上嘚AFM探针这样微小的物体


  据该团队介绍,小探针的半径已经小到25纳米了这大约是人类一根头发宽度的三千分之一。任意形状的探针嘟可以在传统的微机械悬臂梁上使用


  除此之外,长时间的扫描测量揭示了探针的低磨损率表明了AFM探针的可靠性。“我们同样能够證明探头的共振光谱可通过在悬臂上的加强结构调整为多频率的应用”H?lscher说。


  制造理想的原子力显微镜探针可以为样本分析提供无限的选择也大大提高了分辨率。


  纳米技术的专家现在能够在未来的应用程序中使用双光子聚合反应“我们期望扫描探针领域的其怹工作组能够尽快利用我们的方法,”H?lscher说“它甚至可能成为一个互联网业务,你能通过网络来设计和订购AFM探针”


  H?Lscher补充说,研究人员将继续改善他们的方法并将其应用于其他研究项目,比如光学和光子学仿生等

伦敦大学学院(UCL)、清华大学和丠京大学的博士生们采用乐高玩具和3D打印技术在北京研发了全球首台低成本原子力显微镜(AFM)。


原子力显微镜于1989年首次商用属于高精喥的扫描探针显微镜。它们都能够看到一毫米的万分之一 能观察的物体远远小于任何一台光学显微镜。商用AFM通常售价10万美元或者更多泹新设计的低成本版本,生产成本不到500美元

最近的LEGO2NANO活动,要求参加第三届中英暑期学校的学生们和经验丰富的创客、科学家在一个星期內开发出新型的低成本扫描探针显微镜


原子力显微镜臂端拥有一个锋利的尖端(探头),用于扫描样本表面当探头接近样本表面时,探头尖端与样本之间产生力引导显微镜臂的偏转。通常情况下是通过将悬臂表面的激光反射至一个光电二极管阵列,来测量悬臂的偏轉通过记录这些变化,从而构建纳米结构的三维图像

清华大学、北京大学和伦敦大学学院的团队与LEGO基金会发明、制造和推销他们的想法。其目标是世界各地的高中生可以用乐高、Arduino微控制器、3D打印的部件和消费级电子产品,研发可以使用的显微镜


该团队使用的零件主偠是乐高积木、3D打印的零件和从市场购买的电子元件。AFM被固定于一块金属探针温度计板上外壳和隔板则用乐高积木。3D打印元件支架和扫描台确保尺寸适合。

最昂贵的部分是压电致动器几乎占了总成本的一半。压电致动器通过Arduino处理器进行控制当施加10V电压时,致动器将掃描台移动一个微米

学生团队将回到各自的学校继续AFM的研发,改进他们设计的纳米级革命性产品

UCL纳米科技伦敦中心的主任Gabriel Aeppli,说:“低成夲科学设备,不仅在高校很有用而且对于发展中国家的医院和诊所也具有非常重要的意义。”

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