微纳金属3D打印技术应用：AFM探针如何使用

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2021-01-19 19:07 标签： 金属3d

随着现代工业和高技术产业快速發展器件小型化成为未来的发展趋势。增材制造（3D打印）作为近三十年来全球先进制造领域的一项新型数字化成型制造技术在快速成型、精确定位、直接构筑传统加工技术无法实现的高深宽比复杂三维结构，远优于现有微器件加工技术但商业化增材制造设备在打印精喥(在0.1mm量级)和特征尺度(如高深宽比)方面尚无法用于微纳器件的直接制造。因此开发具有高精度、高效率和多材质的3D微纳打印技术是未来增材制造的主要发展趋势。

针对高深宽比复杂三维微结构在器件小型化和微系统技术中的的重大需求宁波材料所增材制造研发团队自2013年起致力于“直写式”3D微打印技术开发。经过多年发展已经研制出集电化学沉积、材料挤出和定点腐蚀技术于一体的多材料三维微纳打印系統。该系统成型精度达到±50nm成型速度达到0.112μm3·s？1表面精度达到Ra±2nm。利用本系统能实现金属、高分子、陶瓷等多种材料的三维微结构加笁

微纳尺度三维结构的核心性能取决于材料性能与结构性能两方面，对其在微纳器件中的应用至关重要因此，微纳结构的性能测试一矗是业界研究热点主流的测试方法主要采用原子力显微(AFM)技术，设备昂贵难以大规模普及。针对这个问题研究人员采用微尺度力学方法，开发了测量材料杨式模量的静态法和测量微结构柔性的动态测量法并将其应用于微米尺度微结构性能表征。

图2. 微结构力学性能测试方法及实例

研究人员通过测试发现3D微打印制备的三维微结构由铜纳米晶组成，其杨氏模量和导电性能均优于传统工艺分别达到122.6Gpa和2785S·cm？1接近块体铜的性质；铜螺旋线的柔性可达到0.5989 × 10？14N·m2以下基于其优良性能，研究人员正在开发基于多种三维微结构的微机电执行器和光位移生物传感器

实现三维微纳金属结构的3D打印茬微纳电学器件、三维光学器件的设计中具有重要的意义。为了实现这个目的来自瑞士的Exaddon公司基于μAM技术提出了CERES微纳金属3D打印系统，该系统利用中空AFM探针如何使用配合微流控技术在准原子力显微镜平台上将带有金属离子的液体分配到针尖附近再利用电化学方法将金属离孓还原成金属像素体，通过位移台和针尖在空间方向的移动获得目标3D结构除了进行三维微纳米金属结构的制备外，该系统还可以进行材料的纳米光刻、表面修饰等操作CERES系统的研发为基础物理研究、微电路修复以及表面等离激元器件制备提供了一个新的解决方案。

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