Des chercheurs de l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) et de l'Université de Heidelberg ont développé une résine photosensible pour la micro-impression à deux photons. Il a maintenant été utilisé pour la première fois pour produire des microstructures polymères tridimensionnelles avec des cavités dans la gamme nano. Dans Matériaux avancés , les scientifiques rapportent comment la porosité peut être contrôlée pendant l'impression et comment cela affecte les propriétés de diffusion de la lumière des microstructures.

Les photoresists sont des encres d'impression utilisées pour imprimer les plus petites microstructures en trois dimensions par lithographie dite à deux photons. Lors de l'impression, un faisceau laser est déplacé dans toutes les directions spatiales à travers la résine photosensible initialement liquide. La résine photosensible durcit uniquement au point focal du faisceau laser. Petit à petit, des microstructures complexes peuvent être construites de cette manière. Dans un deuxième temps, un solvant est utilisé pour éliminer les zones qui n'ont pas été exposées aux rayonnements. Des architectures polymères complexes de l'ordre du micromètre et du nanomètre subsistent.

La polymérisation à deux photons - ou micro-impression à deux photons basée sur ce procédé - est largement étudiée depuis quelques années, notamment en ce qui concerne la production de micro-optique, dits métamatériaux, et des micro-échafaudages pour des expériences avec des cellules biologiques uniques. Pour élargir le spectre des applications, de nouveaux supports imprimables sont nécessaires. C'est le point de départ des scientifiques impliqués dans le Cluster of Excellence 3-D Matter Made to Order (3DMM2O) du KIT et de l'Université de Heidelberg. "A l'aide de résines photosensibles conventionnelles, il était possible d'imprimer en transparent, polymères vitreux uniquement, " dit Frederik Mayer, physicien du KIT et auteur principal de l'étude. « Notre nouvelle résine photosensible permet pour la première fois l'impression de microstructures 3D à partir de nanomousse poreuse. Cette mousse polymère a des cavités de 30 à 100 nm, qui sont remplis d'air."

Du transparent au blanc

"Il n'y a jamais eu de résine photosensible pour la micro-impression laser 3D, avec lequel le matériel 'blanc' peut être imprimé, " fait remarquer Frederik Mayer. Comme dans une coquille d'œuf poreuse, les nombreux petits trous d'air dans les nanoarchitectures poreuses les font apparaître blanches. Le mélange de particules blanches dans une résine photosensible classique n'aurait pas cet effet, car la résine photosensible doit être transparente pour le faisceau laser (rouge) lors de l'impression. "Notre résine photosensible, " Mayer dit, "est transparent avant impression, mais les objets imprimés sont blancs et ont une réflectivité élevée. » Les chercheurs de Karlsruhe et Heidelberg l'ont démontré en imprimant une sphère d'Ulbricht (un composant optique) aussi fine qu'un cheveu.

Un autre facteur qui ouvre de nouvelles applications est la surface interne extrêmement importante du matériau poreux. Cela pourrait être utile pour les processus de filtration sur un espace plus petit, revêtements hautement hydrofuges, ou la culture de cellules biologiques.

La collaboration de trois des neuf axes de recherche du Pôle d'Excellence a révélé les utilisations pour lesquelles la nouvelle résine photosensible est adaptée et comment elle peut être appliquée de la meilleure façon possible. Au moyen de balayages de microscopie électronique et d'expériences optiques, les chercheurs ont montré comment les cavités sont réparties dans les structures imprimées et comment leur formation peut être contrôlée en faisant varier les paramètres d'impression et notamment l'intensité des impulsions laser. Les travaux du pôle d'excellence ont été menés par des scientifiques des matériaux de l'Université de Heidelberg ainsi que des chimistes et des physiciens du KIT.