La Singapore University of Technology and Design (SUTD) e i suoi collaboratori di ricerca hanno dimostrato con successo la stampa quadridimensionale (4-D) di polimeri a memoria di forma in dimensioni submicroniche paragonabili alla lunghezza d'onda della luce visibile. Questo nuovo sviluppo ha permesso ai ricercatori di esplorare nuove applicazioni nel campo della nanofotonica.

La stampa 4D consente alle strutture stampate in 3D di cambiare le sue configurazioni nel tempo e viene utilizzata in un'ampia varietà di campi come la robotica morbida, elettronica flessibile, e dispositivi medici.

Diversi materiali come idrogel, elastomeri a cristalli liquidi e nanoparticelle magnetiche incorporate resiste insieme a metodi di stampa corrispondenti come Direct Ink Writing (DIW), Polyjet, La litografia Digital Light Processing (DLP) e la Stereolitografia (SLA) sono state sviluppate per la stampa 4-D. Però, le sfide di materiali e modelli inerenti a questi metodi limitano la risoluzione della stampa 4-D a ~ 10 μm al massimo.

Per migliorare la risoluzione della stampa 4-D, il team di ricerca ha sviluppato un fotoresist polimerico a memoria di forma (SMP) adatto per la litografia a polimerizzazione a due fotoni (TPL). Integrando questo resist di nuova concezione con TPL, hanno studiato la stampa 4-D submicronica di SMP a cui scala le strutture stampate possono interagire fortemente con la luce visibile. Programmando con pressione e calore, le strutture submicroniche possono passare dallo stato incolore a quello colorato (vedi immagine).

"È notevole che queste nanostrutture stampate in 3D siano in grado di recuperare le loro forme e il colore strutturale dopo che sono state appiattite meccanicamente in una superficie incolore, stato trasparente. Questo nuovo resist che abbiamo ideato consente di stampare strutture davvero fini pur mantenendo le loro proprietà di polimero a memoria di forma, " ha affermato il Professore Associato Joel K. W. Yang, investigatore principale del team di SUTD.

"Caratterizzando il fotoresist, abbiamo stampato gli SMP con ~300nm half pitch. La risoluzione è di un ordine di grandezza superiore rispetto ai tradizionali metodi di stampa ad alta risoluzione come DLP e SLA. Le dimensioni delle strutture possono essere comodamente controllate variando i parametri di stampa quali potenza laser, velocità di scrittura e altezza nominale, " ha aggiunto Wang Zhang, primo autore e dottorato di ricerca. studente della SUTD.