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Un nouveau pas en avant pour l’impression 3D à l’échelle nanométrique

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Résumé

À l’approche de l’infiniment petit, l’impression 3D doit choisir entre vitesse et résolution, ce qui complique ses applications industrielles. Des chercheurs du LCH (CNRS/ENS Lyon/Université Claude Bernard) et de l’Institut de recherche en nanomatériaux d’Osaka (Japon) ont donc développé un système basé sur un phénomène appelé la chimie à deux photons proche de la résonnance. Leurs lasers sont alors capables de polymériser, et ainsi solidifier, des résines aux excellentes performances, mais qui sans cela ne seraient pas assez réactives pour convenir à l’impression 3D. Ces travaux, publiés dans la revue Macromolecules, assurent précision et rapidité pour fabriquer des objets avec des détails de seulement 80 nanomètres.
 

Communication du CNRS-INC le 23 octobre 2020. Publication du Laboratoire de chimie dans Macromolecules le 12 octobre 2020.

Description

L’impression 3D annonce l’arrivée d’une quatrième révolution industrielle, avec la promesse de créer n’importe quel objet en polymérisant une résine grâce à une excitation lumineuse. Des difficultés se présentent néanmoins pour rester précis à des résolutions micro- et nanométriques, car les détails ne peuvent pas être plus petits que la longueur d’onde de la lumière utilisée pour solidifier l’objet. Des lasers plus puissants aident à descendre encore plus bas, mais leur mode d’impression est trop lent pour une utilisation à grande échelle. Les résines peuvent être rendues plus sensibles à la lumière pour accélérer le processus, mais au risque de perdre alors à nouveau en résolution. Pour surmonter ce dilemme, des scientifiques du Laboratoire de chimie (LCH, CNRS/ENS Lyon/Université Claude Bernard) et de l’Institut de recherche en nanomatériaux d’Osaka (Japon) proposent une nouvelle approche : un système breveté basé sur le principe d’absorption à deux photons proche de la résonance.

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© Emma Van Elslande

L’intensité des lasers, plus énergétiques que la lumière naturelle, provoque la réaction de la matière avec deux photons à la fois, là où un seul agirait en temps normal : on parle de chimie à deux photons. Ce phénomène déjà bien connu aide à polymériser des monomères peu réactifs et, comme ce phénomène est circoncis au point focal du laser, offre un contrôle extrêmement fin de l’impression. Ici, les chercheurs jouent en plus sur différents paramètres pour faire presque entrer en résonnance le laser et la molécule, ce qui exacerbe les propriétés d’adsorption à deux photons de la molécule. Ils ont ainsi pu polymériser une résine à base d’acrylates, habituellement peu réactive, avec laquelle ils sont parvenus à créer des détails de seulement 80 nanomètres, espacés de 160 nm, sans perte de vitesse d’impression. Comme leur approche rend la résine cent fois plus sensible que nécessaire, l’équipe travaille à présent sur un système où des lentilles divisent le laser en cent faisceaux, afin de fonctionner encore plus rapidement.

Source : Polymerization photoinitiators with near-resonance enhanced two-photon absorption cross-section: towards high-resolution photoresists with improved sensitivity. Caroline Arnoux, Tatsuki Konishi, Emma Van Elslande, Eric Aymé Poutougnigni, Jean-Christophe Mulatier, Lhoussain Khrouz, Christophe Bucher, Elise Dumont, Kenji Kamada, Chantal Andraud, Patrice L. Baldeck, Ákos Bányász, Cyrille Monnereau. Macromolecules, 12 octobre 2020.

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