之江实验室/浙江大学：高灵敏环氧树脂基双光子光刻胶实现高速微纳加工

What is it about?

双光子激光直写光刻（TPL）是一种先进的纳米3D打印技术。它利用超快激光，让光刻胶材料只在激光焦点处发生反应，从而实现极高的加工精度，能够像搭积木一样直接制造出包含悬空部件在内的复杂三维立体结构。 然而，TPL技术目前的一个主要瓶颈在于其制造效率，还无法与传统的大规模光刻技术相比。要提升效率，开发高灵敏度的光刻胶是关键。目前，最常用的光刻胶之一是SU-8系列，它因其结构稳定、不易收缩等优点而广受欢迎。但这类光刻胶在TPL技术中的应用却面临一个问题：它的打印速度慢，且最终结构的精细度有限。 这背后的主要原因在于，SU-8这类光刻胶的“启动开关”——即光致产酸剂，主要对紫外光敏感，而对TPL所使用的近红外激光响应效率很低。因此，当前研发的核心挑战，就是如何设计出一种新型的“启动开关”，让它能高效吸收激光能量并顺利触发后续的固化反应。 传统的研究思路是设计一个“全能型”的单一分子，希望它同时具备强大的吸光能力和高效的触发能力。但这两种特性常常难以在一个分子上兼顾。要实现突破，关键在于解决两个核心矛盾：一是如何大幅提升体系对激光的吸收和转化效率；二是如何精确控制化学反应的范围，避免其过度扩散损害最终成品的精细度。

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Photo by Opt Lasers on Unsplash

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Why is it important?

面对这一技术瓶颈，之江实验室/浙江大学的匡翠方团队提出了创新解决方案。他们开发了一种名为TP-EO的多官能团环氧光刻胶，其核心是采用了一种“双分子协同”的光敏引发体系。 该体系的巧妙之处在于，它将原本由一个分子完成的“吸收光能”和“传递能量”两个步骤，分配给两种不同的分子分工完成：一个分子专门负责高效吸收激光能量，另一个则专门负责触发后续的固化反应。这种专业化分工极大地提升了整体效率。 具体而言，研究团队在配方中引入了5-硝基苊作为“吸光能手”，它能有效吸收激光能量；同时选用吡唑啉基锍鎓盐作为高效的“触发开关”，并与多官能团环氧树脂结合，共同构成了TP-EO光刻胶。这一组合成功实现了打印速度与精度的双重突破，能够以高达100毫米/秒的速度和最低170纳米的精细度，快速制造出厘米尺寸的复杂纳米器件。 为了科学地衡量其性能，研究人员采用了Kiefer等人提出的“光刻胶灵敏度品质因数”进行评价。结果显示，TP-EO的灵敏度指标达到了13-27，是传统SU-8光刻胶的约600倍。这一巨大的提升直接转化为了卓越的加工性能，使TP-EO在打印速度和分辨率上均显著优于目前已知的其他同类材料，标志着在高速、高精纳米3D打印领域迈出了关键一步。

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