基于雙光子聚合的三維激光直寫技術(shù)受限于衍射極限， 使得現(xiàn)有的成熟激光直寫技術(shù)的極限尺度被限制在100納米級別。實(shí)現(xiàn)更高的書寫尺度極限往往需要對實(shí)驗(yàn)設(shè)備和聚合材料進(jìn)行精細(xì)的調(diào)控，加大了實(shí)驗(yàn)的成本和復(fù)雜度。因此，發(fā)展一個完全基于標(biāo)準(zhǔn)的3D激光直寫儀器的圖案化手段來實(shí)現(xiàn)極高的打印極限是非常重要的。文章中展示的方法可以非常簡單地通過調(diào)節(jié)書寫條件，直接書寫超小尺寸。
（a－c）隨機(jī)成核：聚合物均勻隨機(jī)生成，形成雜亂的納米結(jié)構(gòu)。往往是大結(jié)構(gòu)的副產(chǎn)物。
（a）A和B是電子掃面顯微鏡圖片，展示了在極低的激光強(qiáng)度下，納米線條展現(xiàn)了隨掃描方向變化的非對稱性。C－F 列舉了不同激光強(qiáng)度下線條寬度及非對稱性的變化
展示了小于10納米的線條。
A－D為下圖中不同激光強(qiáng)度下的例子。測量的橫向距離表明，利用打印高度差及極細(xì)的納米線條，30納米左右的橫向間距是可實(shí)現(xiàn)的。
（a－b）是利用打印高度差及細(xì)線條來避免不需要的隨機(jī)聚合，極細(xì)且規(guī)整的間距可以實(shí)現(xiàn)。
近日，新加坡科技設(shè)計大學(xué)Joel K． W． Yang教授（通訊作者）團(tuán)隊(duì)，首次報道了使用激光直寫技術(shù)打印出10納米級的懸空納米網(wǎng)格。該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)通過控制激光掃描的速度及方向，配合聚合物的張力作用，可以打印出10納米級的懸空納米線。其中最窄的線條可達(dá)7納米，幾乎媲美目前精度最高的表面圖案化技術(shù)。該方法在用于打印20納米級的懸空網(wǎng)格時可達(dá)到80％的成品率。利用這方法，該團(tuán)隊(duì)打印出最小橫向間距為33納米的懸空納米網(wǎng)格。同時，這些納米網(wǎng)格可以用作蒸發(fā)掩板制造納米級的金屬間距。相關(guān)成果以題為 “Sub－10－nm Suspended Nano－Web Formation by Direct Laser Writing” 發(fā)表在 Nano Futures 上。
圖1：隨機(jī)成核vs 導(dǎo)向成核 vs 正常交聯(lián)過程的概要和結(jié)果
（a－c）隨機(jī)成核：聚合物均勻隨機(jī)生成，形成雜亂的納米結(jié)構(gòu)。往往是大結(jié)構(gòu)的副產(chǎn)物。
（d－f）導(dǎo)向成核：利用低于閾值的激光進(jìn)行導(dǎo)向，形成有規(guī)律的納米結(jié)構(gòu)。可打印10納米級別的結(jié)構(gòu)
（g－i）正常的交聯(lián)過程：激光強(qiáng)度高于閾值，產(chǎn)生足夠多的聚合物形成寬大的結(jié)構(gòu)。這類結(jié)構(gòu)往往在100納米級別。
圖2：激光掃描方向的影響及納米網(wǎng)格的形貌表征
（a）A和B是電子掃面顯微鏡圖片，展示了在極低的激光強(qiáng)度下，納米線條展現(xiàn)了隨掃描方向變化的非對稱性。C－F 列舉了不同激光強(qiáng)度下線條寬度及非對稱性的變化
（b）展示了三個不同參數(shù)隨激光強(qiáng)度的變化，分別是成品率（Yield），寬度比（Width ratio – 用于比較線條的非對稱性）及最小寬度（Feature Size）。
圖3：最小寬度的納米線
展示了小于10納米的線條。
圖4：橫向間距的極限
A－D為下圖中不同激光強(qiáng)度下的例子。測量的橫向距離表明，利用打印高度差及極細(xì)的納米線條，30納米左右的橫向間距是可實(shí)現(xiàn)的。
圖5：利用懸空納米網(wǎng)格作為蒸發(fā)掩膜
（a－b）是利用打印高度差及細(xì)線條來避免不需要的隨機(jī)聚合，極細(xì)且規(guī)整的間距可以實(shí)現(xiàn)。
（c－d）作為對比，若納米線條都打印在同一高度，不需要的隨機(jī)聚合會破壞設(shè)計的規(guī)整性。
【小結(jié)】
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過控制激光掃描速度及方向，10納米級的納米網(wǎng)格是可實(shí)現(xiàn)的。利用打印高度差及極細(xì)的納米網(wǎng)格，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)30納米級的橫向間距以及極小且規(guī)整的金屬間距。這項(xiàng)研究展示一種新的可能，即利用現(xiàn)有成熟的激光打印技術(shù)，10納米級的納米結(jié)構(gòu)亦是可以實(shí)現(xiàn)。目前，完整的機(jī)制尚未完全清晰明了，該課題組正致力于更多相關(guān)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)明機(jī)制以及完善該方法，使得打印隨意形狀的10納米級三維納米結(jié)構(gòu)成為可能。該成果進(jìn)一步擴(kuò)展了激光打印技術(shù)的使用范圍。
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