廈門大學汪騁教授課題組在多孔材料中的三維打印領域取得新進展
雙光子光刻技術是用于三維（3D）納米加工的一項成熟技術。在激光束的焦點處，高場強下的非線性雙光子吸收驅動材料發生包括光聚合的光化學反應。而在光束路徑上的其他位置，由于光密度太低，不能實現有效的雙光子吸收，使得光誘導的聚合反應僅限于激光束的焦點處。此前的研究者在多孔基質如金屬-有機骨架(MOFs)和聚合物薄膜中進行的光誘導還原銀的工作表明，多孔材料可以作為復雜納米結構的三維支撐基底。多孔載體和雙光子光刻技術的結合可以創造出不能單獨存在的結構，實現復雜的功能。近日，汪騁教授團隊以水凝膠高分子型多孔材料為基底，用755nm飛秒脈沖激光，在高分子薄膜中聚合單體，形成多層圖案。由于光敏劑分子熒光被納米結構散射，打印的圖像可以在共聚焦顯微鏡下顯示。
圖1. 以聚合物薄膜為基底的三維打印示意圖
高分子薄膜是將2-（2-甲氧基乙氧基）甲基丙烯酸乙酯(DGMEMA)和聚甲基丙烯酸乙二醇(PEGDMA，Mn=550) 共聚形成的納米球通過溶劑蒸發自組裝而成。選擇4,4',4'-三甲酸三苯胺(NTB)作為光敏劑，六氟磷酸二苯基碘鎓鹽(HIP)為引發劑，三乙二醇二乙烯基醚(TEGDVE)為雙光子聚合的單體。將薄膜浸入到前體溶液中，使聚合前體負載于膜中。然后，激光直寫技術將激光焦點聚焦于薄膜內部，實現雙光子聚合，在共聚焦熒光顯微鏡下可觀察三維打印的圖案。
圖2. a-c）在聚合物薄膜上打印不同的圖案（比例尺=100μm）；d）在聚合物膜上進行兩層光刻：第一層是“苯”，第二層是“萘”
通過雙光子聚合可在薄膜內產生的不同圖案，例如“苯”結構和“廈門大學成立一百周年”的徽標等。與溶液中光刻相比，由于多孔材料的支撐與限制作用，不僅可以提高打印的分辨率，在薄膜內部還可以實現多層打印。
以上相關成果以“Two-photon induced polymerization in a porous polymer film to create multi-layer structures”為題發表于Chemical Communications。該研究工作主要由化學化工學院碩士生黃鎣、博士生張雨生、博士生蘇禹銘在汪騁教授的指導下完成。該工作得到了科技部重點研發計劃納米專項和國家自然科學基金的支持。
文章鏈接：
https://doi.org/10.1039/D1CC01383A
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