2018/10/18
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科学家发明了高效的纳米3D打印聚合物X射线透镜
近日，斯图加特马克斯普朗克智能系统研究所的科学家们使用3D打印技术从聚合物材料制造具有纳米尺寸特征和出色聚焦能力的X射线透镜。
这项新技术使他们能够在一分钟内制造出具有极其有利的X射线光学特性的每个单透镜，从而降低了原型制造和制造的成本。科学家们为他们的发明申请了专利。
X射线显微镜是独特地结合纳米尺寸分辨率和大穿透深度的成像工具。 X射线显微镜或XRM是唯一能够以高分辨率研究埋藏特征的技术，例如，它允许您在不破坏计算机中央处理单元的情况下查看其中的缺陷，使微机械在工作条件下可见，并研究自然环境中细胞的细胞器。然而，X射线的聚焦需要具有极具挑战性的纳米级几何形状的光学器件。由于其复杂的纳米制造方法，单个镜头可能花费高达数万欧元。
斯图加特马克斯普朗克智能系统研究所的现代磁系统和物理智能部门已经联手寻找一种新的，更便宜的方法来制作3D Kinoforms，会聚透镜，能够有效地聚焦X射线。 Kinoforms以非理想的近似图案制造，并且需要复杂的多步骤制造工艺。这就是3D打印发挥作用的地方。他们发现飞秒双光子纳米3D打印是制造这种衍射X射线光学元件的最佳方法。
“我们使用了飞秒脉冲红外(IR)激光器，以及可以通过同时吸收多个红外光子来聚合的光刻胶，以写入小于光波长的结构”，Umut T. Sanli博士解释说。“通过这种方式，我们实现了极具挑战性的X射线透镜几何结构，具有纳米级特征和非常高的聚焦效率，”他继续说道。初步结果显示，使用直接软X射线成像和ptychography的3D打印的kinoforms表现出优越的性能，效率高达20%。
由于辐射损坏，几乎每年都需要更换XRM的X射线光学系统。因此，重要的是找到高产量的制造工艺来制造X射线透镜。“选择合适的材料是制造过程的关键部分，”Micro / Nano集团负责人Kahraman Keskinbora博士解释道。他和他的团队选择双光子聚合(2PP)聚合物来制造X射线透镜。“我们意识到2PP-聚合物具有非常有利的X射线光学特性，只能与铍 ，一种剧毒元素， 以及非常昂贵的钻石相匹配。”
此外，铍和金刚石都很难成形在纳米尺度上进入所需的3D轮廓。 “使用新发明，镜头的3D打印只需不到一分钟，因此，X射线镜头的原型制造和制造成本大大降低。此外，聚合物镜片制造安全，一旦优化，制作很简单。
中国3D打印网点评：通过将几个镜头组合在一起向前迈进了一步。通过集成各种光学器件，我们可以有效地控制和操纵X射线波阵面。随着几个镜头和其他波前成形元件一个接一个地定位，我们可以优化这些集成的X射线光学系统，即使是非常坚硬的X射线能量范围，因此，有许多新的研究场所可供遵循。
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