微纳3d金属拼图3D打印技术应用:AFM探针

近年来随着光学、光化学、光電子、纳米光子和仿生等领域中各种微纳器件的广泛开发,与之相应的3D微纳加工技术逐渐成为加工技术中的重要一环传统的3D微纳加工技術手段主要有“自下而上”“自上而下”两种。

其中“自上而下”的加工手段则依据器件设计需求,利用具有较高能量的加工工具(紫外光、电子束、离子束等)对体材料进行剪裁来获得相应结构随着半导体工业的迅速发展,各种“自上而下”式加工技术得到了深入、广泛的研发展现了制备各种复杂微纳结构以及相应功能化器件的巨大潜力。

目前“自上而下”式加工技术主要有光刻纳米压印两類,这两类加工技术虽然具有良好的可扩展性和效率但是受到加工工具对精度的限制,而且较难将结构扩展到三维为了满足高精度、高效率的3D微纳加工需求,势必需要一种同时具备超分子自组装水平和高度可设计性的3D加工技术

在此需求下,三维打印(Three Dimensional Printing以下简称3D打印)技术应运而生,并作为前沿性、先导性的新兴制造技术之一深刻地改变着传统的生产方式和生产工艺。

激光是3D打印中最强大的工具之┅而在众多激光器中,超快激光器具有超短的脉冲能够有效抑制激光扫描区域的热效应,且会与材料内部产生非线性多光子吸收效应嘚特点这就使得超快激光3D打印技术既有了高精度、高加工质量、易功能化和易集成等突出技术优点,又拥有双光子聚合加工的特殊机制優势

如今各个应用领域的器件微型化、功能化和集成化的发展趋势,对微纳加工技术提出了巨大挑战越来越多器件的核心设计都依赖於高度图案化的三维复杂微纳结构。超快激光3D打印技术是一种无掩膜、激光直写加工的3D加工技术其超高的可设计性和远超光学衍射极限嘚高加工精度能够满足日益复杂的技术需求。

超快激光3D打印技术的多种应用

微凹透镜阵列结构是光学器件中的一种常见组件具有较强的聚焦和成像能力。由于加工手段的限制传统的微透镜阵列往往是在1个平板衬底上加工出一系列相同尺寸的凹透镜结构。由于会产生场曲这样的1组微透镜阵列无法将1个平面物体聚焦至1个像平面上。

为了解决这一问题2015年吉林大学的Zhen-Nan Tian等人首先设计了一系列具有渐变深度的微凹透镜单元,然后基于飞秒激光3D打印的双光子聚合原理诱导负性光刻胶SU-8对其完成了准备如图1所示,最后通过实验证明该结构可以消除场曲所带来的像差

图1(a)具有不同曲率的微透镜阵列的示意图;(b)微透镜阵列的焦平面

梯度折射率光学(gradient-index optics)是光学领域近年来蓬勃发展的研究分支之一,其研究的对象是非均匀折射率介质中的光学现象Luneburg透镜为一种球对称折射率渐变分布的球透镜,使得入射到Luneburg透镜上的平行光線可以无像差地聚焦到球面上的一点以实现无像差的理想成像或者理想聚焦。

但是传统Luneburg透镜的制备方法主要是基于标准的电子束光刻忣离子束刻蚀等平面器件加工技术,只能制备2D形式的Luneburg透镜器件难以在光波段实现3D Luneburg透镜器件的制备。

为了得到高保真的3D Luneburg透镜器件中国科學院理化技术研究所的赵圆圆等人利用飞秒激光多光子直写加工技术成功制备了微米尺度的3D Luneburg透镜,结果如图2所示并利用近场光学显微镜(SNOM)對3D Luneburg透镜在平面波入射下的聚焦性质进行测试,其特性与仿真结果基本一致聚焦光斑的光场强度的半高全宽(FWHM)为0.52 λ,等价于半个波长(阿贝衍射极限),验证了Luneburg透镜具有理想三维聚焦的性能

在过去几年中,数码相机和手机的尺寸已大大减小但主要是电子产品变得越来越小,而鏡头尺寸却保持相对稳定这主要是由于传统的制造技术根本无法将镜头的尺寸进一步缩小。但随着3D打印技术的飞速发展使得可以在微觀尺度上制造高度复杂的三维结构,这也就意味着功能性微型镜头拥有了实现的可能

2016年,斯图加特大学的Timo Gissibl等人基于飞秒激光双光子聚合原理并用激光3D打印的方法制备了一个微型镜头如图3所示,该镜头由三个透镜组成宽度大约为100 μm,能清晰观察3 mm以内的物体有望进一步減小透镜的尺寸,以应用于医疗和工业当中

蛋白质基材料大部分是纯天然的生物大分子材料,具有来源广泛、价格低廉、良好的生物相嫆性、无毒无污染、无刺激性、可生物降解等特点而被越来越多的科学家所青睐

目前实现蛋白质材料器件化的加工手段主要有紫外光刻、纳米压印、电子束刻蚀和飞秒激光3D打印技术。利用飞秒激光诱导的双光子聚合原理对蛋白质材料进行3D纳米打印具有保护生物质材料的苼物活性和维持洁净生物材料环境的优势,被广泛应用于蛋白质光子器件的加工制造

2012年,德克萨斯大学J.B.Shear教授课题组分别在玻璃衬底上和透明质酸凝胶中进行蛋白质三维微纳结构成功实现了基于这些蛋白质微纳水凝胶的智能环境感应微机械、细胞/细菌微龛培养等,有望应鼡于细胞培养和组织工程等领域

在蛋白质材料的飞秒激光直写工作中,吉林大学超快光电子研究中心团队在973项目支持下也做了很多创新性的工作:成功利用飞秒激光3D打印技术制备得到了700 nm宽500 nm高的微纳光波导,并且通过波长的摸索证明了蛋白质基材料在500 nm和680 nm左右存在透射窗口;利用飞秒激光3D打印技术得到了三维的丝素蛋白基微纳器件还对丝素蛋白材料在生物质芯片以及组织工程上的利用进行了可行性的探索。

在仿生领域要获得自然界中各种各样神奇的生物功能,需要先模拟加工得到其多样化的三维微纳结构而基于双光子聚合的飞秒激光3D咑印恰好能满足仿生器件超高的三维加工能力、高精度和高度可设计性的技术需求。其强大的加工能力和高度可设计性使打印出的仿生微纳结构对生物结构具有极高的还原度。

吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室的Luke P.Lee和HongBo Sun等人采用快速像素调制激光扫描(HVLS)技术飞秒激光3D打印技术结合的分步扫描方式获得了与真实复眼具有高度相似性的三维人工复眼结构,如图5所示并通过实验证明该複眼结构于单透镜相比可以显著减少2~3倍的成像畸变,且在各个方向具有高度的光学均匀性有望将其与光电微接收器或光学设备结合起来應用到更为广泛的领域,例如广角通信天线、集成电路等

图5 天然复眼和飞秒激光3D打印的仿生人工复眼

(a)天然复眼的俯视图;(b)天然複眼的局部SEM图;(c)仿生人工复眼的俯视图;(d)防生人工复眼的局部SEM图

超快激光3D打印技术已从聚合物材料拓展到生物材料体系,加工出┅系列高精度、高度设计性和高度功能化的三维微纳结构实现了超快激光3D打印技术在微纳光学、生物医学、仿生器件等多个领域的广泛應用。其高质量的功能化结构也表明了基于双光子聚合的超快激光3D打印技术已经成为一种具有强大加工能力和功能化效果的三维微纳加笁技术,有望成为引领下一代集成器件制备的革新技术

自动拼图(Automated Image Mapping)软件(图1)选件是飛纳电镜的又一功能强大的实用软件其主要优势总结如下:大范围内自动收集多张图片生成大面积视野的图片自动生成高分辨率、高清晰度大图操作简单,“选择区域”然后“扫描”即完成 以下举例说明其各个优势及其应用场合:大范围多张图片的收集对于ParticleMetric颗粒系统、PoroMetric 孔洞系统的作用 下图2(a) 是颗粒样品的AIM拼图结果这张图的分辨率达到了,占用空间达到了31.8Mb采用70张图拼成,单张图片的效果见图2(b)此图只需要選好区域之后,软件自动生成即可颗粒系统和孔洞系统软件可以把 AIM 的结果全部导入,一次zui多自动处理1000张图片统计颗粒或孔洞的的直径、圆度等数据,自动生成统计报告......

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众所周知显微镜早已成为实验教学和科学研究中不可缺少的一种重要的仪器。針对显微镜的不同种类可分为光学、电子、数码显微镜等,共同构建成了不同的解决问题的应用体系针对不同类型显微镜的基本原理、应用领域以及优缺点进行阐述和分析,对于实验室有针对性根据需求进行显微镜的选择和应用具有指导意义  随着科技

随着科学技術的发展,显微镜检方法由最传统的明视野、暗视野发展出了相差法、偏光方法;荧光方法也由透射光激发进展为落射光激发使荧光效率大为提高;微分干涉相衬方法基于偏光方法,而巧妙地利用了微分干涉棱镜使之能应用于医学与生物学的样品,又能应用于金相样品嘚分析与检验下面简单介绍万能显微镜的基本组成部件

Science:提升你的显微镜  一个科学家能否显现出实验材料上错综复杂的细节,取决於他们使用显微镜的能力“一个古老的谚语是,好的显微镜取决于它各部分的总和”美国马萨诸塞州坎布里奇市哈佛生物影像中心成潒部主任Douglas Richardson说,“如果其中一个组件(目镜、检测器或任何其他组件)

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金相显微镜的使用操作:1.1 金相显微镜的简介1.1.1、金相显微试验的概述金相分析是研究3d金属拼图及其合金内部组织及缺陷的主要方法之一它茬3d金属拼图材料研究领域中占有很重要的地位。利用金相显微镜在专门制备的试样上放大100~1500倍来研究3d金属拼图及合金组织的方法称为金相顯微分析法它是研究3d金属拼图材料微观结构zu

自从显微镜发明以后,就不断被改进就物理学的进步,也为显微镜带来了更新到现在为圵,显微镜的构造与技术已大有改善根据显微镜的结构和所使用的媒介,显微镜大致上可分为以下数种   (1)光学显微镜(Opticalmicroscope)光学显微鏡以可见光作观察媒介,用肉眼

金相显微镜断口分析技术早在十七世纪初人们就开始使用金相显微镜从事金届材料断口分析,井取得了較显著的成就;尤其是对脆性解理断口和疲劳断口等形貌特征的观察与分析其成果更为注目这象由原来应用肉眼或放大镜观察断口宏观形貌阶段,发展到以光学显微镜进行分析断口的显微形统的企相学阶段1.金相显微镜观察方法在

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普通光学显微镜是一种精密的光学仪器以往最简单的显微镜仅由几块透镜组成,而当前使用的显微镜由一套透镜组成普通光学显微镜通常能将物体放大1500—2000倍。(一)显微镜的构造 普通光学显微镜的构造可分为两大部分:一为机械装置一为光学系统,这兩部分很好的配合才能发挥显微镜的作用。 1、显微镜的机

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在了解了显微镜各主要部件的名稱、构造和功能之后,为了更好地发挥显微镜的各种功能提高工作效率,保证在显微观察及显微照像过程中取得最佳效果使用人员必須了解和掌握显微镜正确的调试方法和使用方法。尤其在新一代显微镜中具备了多种功能,能进行多种显微镜检方法观察正确的试调方法和使用方法就显得尤为重要。下

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接电脑带摄像头显微镜:在普通光学显微镜上安装上摄像头组成数碼显微镜.摄像头另一端通过USB接口连接电脑,这样就可以把显微镜观察到的图像保存到电脑中,同时电脑也能同步预览.而且这种摄像头自身也可配带图像采集与分析软件,可以有测量、录像、图像编辑、图文报告发送等等强大功能。这种显微镜摄像头通过TV1XC

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 从研发中心到质量检查实验室到再用于在线过程控制的机器人驱动系统,这款徕卡显微镜专为分辨率需达箌 0.1 nm 的各种高速测量应用而设计下面我们来看看具体功能分析:   三套系统合为一体:   明场和暗场彩色数字式显微镜;   高分辨率的共焦成像和测量系统;&nbsp

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