Fotolacke sind Drucktinten, mit denen in der so genannten Zwei-Photonen-Lithographie kleinste Mikrostrukturen per 3D-Druck hergestellt werden können. Während des Drucks wird ein Laserstrahl durch den zunächst flüssigen Fotolack in alle Raumrichtungen bewegt. Hierbei härtet der Fotolack lediglich im Fokuspunkt des Laserstrahls aus. Nach und nach können so komplexe Mikrostrukturen aufgebaut werden. In einem zweiten Schritt wäscht ein Lösungsmittel jene Bereiche aus, die nicht belichtet worden sind. Übrig bleiben komplexe Polymer-Architekturen im Mikro- und Nanometer-Maßstab.
„Mit bisherigen Fotolacken war es lediglich möglich, transparente, glasartige Polymere zu drucken“, erläutert Frederik Mayer, Hauptautor der Studie und Physiker am Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). „Unser neuer Fotolack ermöglicht es erstmals, 3D-Mikrostrukturen aus porösem Nano-Schaum zu drucken. Dieser Polymer-Schaum weist Hohlräume einer Größe zwischen 30 und 100 Nanometern auf, die mit Luft gefüllt sind.“
3D-Druck poröser Nano-Architekturen
Wie in einer porösen Eierschale bewirken die zahlreichen winzigen Luftlöcher in den Nano-Architekturen, so dass diese weiß erscheinen. „Unser Lack“, so Mayer, „ist vor dem Drucken transparent, doch die gedruckten Objekte sind weiß und weisen damit eine hohe Reflektivität auf.“ Diese Eigenschaft demonstrieren die Forschenden aus dem Exzellenzcluster „3D Matter Made to Order“ (3Dmm2o) des KIT und der Universität Heidelberg mit dem Druck einer haarfeinen Ulbricht-Kugel, eines Bauelements der technischen Optik.
Ein anderer Faktor, der neue Möglichkeiten eröffnet, ist die extrem große innere Oberfläche des porösen Materials. Bei Filtervorgängen auf kleinstem Raum, bei extrem wasserabweisenden Beschichtungen oder bei der Kultivierung von Zellen könnte dies einst positiv zu Buche schlagen.
Anhand elektronenmikroskopischer Scans und optischer Experimente zeigen die Forschenden, wie die Hohlräume in gedruckten Strukturen verteilt sind und wie ihre Formation durch Veränderungen der Druckeinstellungen, vor allem der Stärke der Laserpulse, auch gesteuert werden kann.
Kontakt:
Karlsruher Institut für Technologie
Kaiserstraße 12
76131 Karlsruhe
Telefon: +49 (0)721 608-0
www.kit.edu
https://doi.org/10.1002/adma.202002044
