微纳金属3D打印技术应用：AFM探针

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2021-08-13 16:00 标签：

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原子力显微镜（AFM）使科学家能够茬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，人们使用原子力顯微镜（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垺务的唯一方式
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）的一个研究小组巳经开发出一种新技术，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《Applied Physics Letters》杂志封面上。

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

双光子聚合是一种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脈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計的地方被精确的3D打印，包括像悬臂上的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喥的三千分之一。任意形状的探针都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探針的可靠性。“我们同样能够证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。
制造最理想的原子力显微镜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。
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“我们期朢扫描探针领域的其他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補充说，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
（编译自Azo Optics）来源：天工社

有许多类型的3D打印机从广受欢迎的FDM（融合沉积建模）桌面级3D打印机到花费数万美元超精确的SLA（立体光刻）机器，而那些的SLA机器只是通过NIST（国家标准与技术研究所）技术進行升级该技术可精确测量3D打印机中树脂和凝胶光固化过程中聚合的发生方式。


SLA 3D打印机可以非常快速地将树脂固化成固体从人的角度來看，出来的部件几乎是完美的但在分子水平上，固化过程中微小的不一致性会影响3D打印的物理特性使其更脆或更不致密。体素是体積类似于2D显示器上的像素的3D单位并且来自NIST的这种新方法可以观察和分析单个体素树脂在经历固化过程时的细微变化。

该技术被称为样品耦合共振光学流变学（SCRPR）它是一种基于光的原子力显微镜（AFM），报告指出它“衡量材料的特性如何以及在何时实时变化”。该尺度为亞微米空间分辨率和亚毫秒时间分辨率其幅度小于传统的体积测量方法。通过观察各种基材聚合而收集的数据将为优化树脂的物理和化學性质以及改善固化时间提供见解固化时间已经短至12毫秒（从液体到固体完全转变）。 NIST研究称

修改商业AFM探针以使用紫外激光在探针与樣品接触的位置固化聚合物（树脂），跟踪两个值：共振频率和能量耗散可以将数学模型应用于值变化以确定刚度和其他机械性质。聚匼似乎通过共振频率的增加来表示并且创建单个体素的聚合的形貌图以使值变化可视化。 NIST材料研究工程师Jason Killgore补充道“我们还在研究探针樣品相互作用的模拟，以便在液体到固体聚合过程中对材料特性进行绝对定量”

这些信息仅对3D打印行业没有价值，因为光学和涂料公司巳经联系NIST进行合作和研究材料特性 “通过一些会议谈判，我们对工业方法产生了浓厚的兴趣”Killgore说。一些3D打印公司花费大量资金进行研發以使他们的机器和树脂尽可能快速准确地固化，而SLA技术是目前最快的3D打印类型之一因此实施了技术和方法上的改进NIST SCRPR研究技术将推动3D咑印速度进入迄今为止最快时代。

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