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Patricia Daukantas

Les chercheurs ont développé un système de nano-impression 3D facile à construire et peu coûteux, capable de créer des structures 3D arbitraires avec des caractéristiques extrêmement fines. La méthode est compatible avec la plupart des microscopes commerciaux. [Image : Cuifang Kuang, Université du Zhejiang]

Des chercheurs chinois auraient développé un système d’impression laser 3D à faible coût capable de fabriquer des structures présentant des caractéristiques de seulement quelques centaines de nanomètres (Opt. Lett., doi : 10.1364/OL.495286). La technique utilise une absorption en deux étapes pour créer diverses nanostructures, notamment des réseaux 2D avec des périodes inférieures à 150 nm. La nouvelle méthode, qui remplace l’absorption à deux photons par un laser femtoseconde haute puissance, pourrait être utilisée pour créer de nombreux composants optiques, depuis les métamatériaux jusqu’aux microlentilles.

Les scientifiques savent déjà comment utiliser l’absorption non linéaire à deux photons pour déclencher le processus de photopolymérisation dans les matériaux d’impression 3D et créer des éléments de taille nanométrique. Cependant, le processus nécessite un laser femtoseconde coûteux et capricieux.

Cuifang Kuang, de l'Université du Zhejiang, et ses collègues ont adopté une approche plus récente : exploiter l'absorption en deux étapes pour exciter les molécules photoinitiatrices qui pilotent le processus d'impression 3D. Dans de bonnes conditions, l'absorption en deux étapes démontre le même type d'effet non linéaire que l'absorption à deux photons, mais la sortie de 405 nm d'une diode laser CW ordinaire, similaire aux sources lumineuses des lecteurs Blu-ray, est suffisante pour alimenter l'impression.

Les chercheurs ont utilisé leur nouveau système pour créer diverses structures 3D détaillées, notamment une structure en tas de bois 3D (rangée du haut), un buckyball de 20 µm de diamètre (en bas à gauche) et deux cadres cubiques (en bas à droite). Les images ont été acquises au microscope électronique. [Image : Cuifang Kuang, Université du Zhejiang]

L’équipe a utilisé un laser CW de 532 nm comme deuxième source du processus d’absorption en deux étapes. Le dispositif expérimental combinait les faisceaux avec des miroirs galvanométriques et dichroïques et les focalisait via un objectif de microscope à immersion dans l'huile sur la résine photosensible, qui incorporait un composé organique appelé benzile comme photoinitiateur. Une scène piézoélectrique contrôlait le mouvement pendant que l'installation balayait la résine photosensible avec le faisceau lumineux.

Avec une vitesse de balayage de 100 μm/s, l’appareil a produit des lignes de réseau 2D clairement distinguables les unes des autres à des périodes de 125 à 140 nm. L’équipe a également imprimé un cristal photonique 3D à huit couches avec une période latérale de 350 nm, plus une structure « buckyball » de seulement 20 μm de diamètre.

Même lorsque l’équipe a augmenté la vitesse de balayage d’un ordre de grandeur jusqu’à 1 000 μm/s, l’installation a produit des nanostructures polymères distinctes en deux et trois dimensions. Les chercheurs ont noté que l'action du laser vert de 532 nm améliorait le processus de polymérisation lorsque des vitesses de balayage plus élevées signifiaient qu'une moindre puissance du laser de 405 nm parvenait à la résine photosensible.

"Cette nouvelle approche contribue à rendre la nano-impression 3D accessible aux scientifiques, même à ceux qui ne sont pas familiers avec les systèmes optiques généralement utilisés pour ce type de fabrication", a déclaré Kuang dans un communiqué de presse accompagnant la recherche. "Cela pourrait éventuellement conduire à des dispositifs de nano-impression 3D de bureau à faible coût qui pourraient offrir une nano-impression de précision à tout le monde."

Date de publication : 30 août 2023