Singapore University of Technology and Design (SUTD) och dess forskningssamarbetare har framgångsrikt demonstrerat fyrdimensionell (4-D) utskrift av formminnespolymerer i submikrondimensioner som är jämförbara med våglängden för synligt ljus. Denna nya utveckling har gjort det möjligt för forskare att nu utforska nya tillämpningar inom området nanofotonik.

4-D-utskrift gör det möjligt för 3-D-utskrivna strukturer att ändra sina konfigurationer över tiden och används inom en mängd olika områden som mjuk robotik, flexibel elektronik, och medicinsk utrustning.

Olika material som hydrogeler, flytande kristallelastomerer och magnetiska nanopartiklar inbäddade resists tillsammans med motsvarande utskriftsmetoder som Direct Ink Writing (DIW), Polyjet, Digital Light Processing (DLP) litografi och stereolitografi (SLA) har utvecklats för 4-D-utskrift. Dock, material- och mönstringsutmaningarna som är inneboende i dessa metoder begränsar upplösningen för 4-D-utskrift till i bästa fall ~10 μm.

För att förbättra upplösningen för 4D-utskrift, forskargruppen utvecklade en formminnespolymer (SMP) fotoresist lämplig för tvåfotonpolymerisationslitografi (TPL). Genom att integrera denna nyutvecklade resist med TPL, de undersökte submikron 4-D-utskrift av SMP i vilken skala de tryckta strukturerna kan interagera starkt med synligt ljus. Genom att programmera med tryck och värme, submikronstrukturerna kan växla mellan färglösa och färgglada tillstånd (se bild).

"Det är anmärkningsvärt att dessa 3-D-tryckta nanostrukturer kan återställa sina former och strukturella färger efter att de mekaniskt har plattats till en färglös, transparent tillstånd. Denna nya resist som vi har skapat gör att riktigt fina strukturer kan skrivas ut samtidigt som de behåller sina egenskaper som en formminnespolymer, " sa docent Joel K.W. Yang, chefsutredare för teamet från SUTD.

"Genom att karakterisera fotoresisten, vi skrev ut SMP:erna med ~300nm halv tonhöjd. Upplösningen är en storleksordning högre än traditionella högupplösta utskriftsmetoder som DLP och SLA. Dimensionerna på strukturerna kan bekvämt kontrolleras genom att variera utskriftsparametrarna såsom lasereffekt, skrivhastighet och nominell höjd, " tillade Wang Zhang, första författare och Ph.D. student från SUTD.