De Singapore University of Technology and Design (SUTD) en haar onderzoeksmedewerkers hebben met succes het vierdimensionale (4-D) printen van vormgeheugenpolymeren aangetoond in submicron-dimensies die vergelijkbaar zijn met de golflengte van zichtbaar licht. Door deze nieuwe ontwikkeling kunnen onderzoekers nu nieuwe toepassingen op het gebied van nanofotonica verkennen.

4D-printen stelt 3D-geprinte structuren in staat om in de loop van de tijd van configuratie te veranderen en wordt gebruikt in een groot aantal verschillende gebieden, zoals zachte robotica, flexibele elektronica, en medische apparaten.

Verschillende materialen zoals hydrogels, vloeibare kristalelastomeren en magnetische nanodeeltjes ingebedde resists samen met bijbehorende printmethoden zoals Direct Ink Writing (DIW), Polyjet, Digital Light Processing (DLP) lithografie en stereolithografie (SLA) zijn ontwikkeld voor 4D-printen. Echter, de materiaal- en patroonuitdagingen die inherent zijn aan deze methoden, beperken de resolutie van 4D-printen op zijn best tot ~ 10 m.

Om de resolutie van 4D-printen te verbeteren, het onderzoeksteam ontwikkelde een vormgeheugenpolymeer (SMP) fotoresist die geschikt is voor twee-fotonpolymerisatielithografie (TPL). Door deze nieuw ontwikkelde resist te integreren met TPL, ze onderzochten submicron 4D-printen van SMP's op welke schaal de afgedrukte structuren sterk kunnen interageren met zichtbaar licht. Door te programmeren met druk en warmte, de submicronstructuren kunnen wisselen tussen kleurloze en kleurrijke toestanden (zie afbeelding).

"Het is opmerkelijk dat deze 3D-geprinte nanostructuren hun vorm en structurele kleur kunnen herstellen nadat ze mechanisch zijn afgeplat tot een kleurloze, transparante staat. Deze nieuwe resist die we hebben verzonnen, maakt het mogelijk om zeer fijne structuren te printen met behoud van hun eigenschappen als vormgeheugenpolymeer, " zei universitair hoofddocent Joel K.W. Yang, hoofdonderzoeker van het team van SUTD.

"Door de fotoresist te karakteriseren, we hebben de SMP's afgedrukt met ~ 300 nm halve pitch. De resolutie is een orde van grootte hoger dan bij traditionele afdrukmethoden met hoge resolutie, zoals DLP en SLA. De afmetingen van de structuren kunnen gemakkelijk worden geregeld door de afdrukparameters te variëren, zoals laservermogen, schrijfsnelheid en nominale hoogte, " voegde Wang Zhang toe, eerste auteur en Ph.D. student van SUTD.