Overvindelse af en større produktionsbegrænsning

Additiv fremstilling (AM) ved hjælp af to-foton polymerisation litografi (TPP) er steget i brug i industri og forskning. I øjeblikket er en væsentlig begrænsning for TPP generelt og specifikt for materialet IP-Q (Nanoscribe GmbH, Tyskland) brugernes begrænsede adgang til viden om materialeegenskaber. På grund af processens karakter afhænger især de elastiske egenskaber ikke kun af det anvendte materiale, men også af strukturstørrelse, proces og fremstillingsparametre. For eksempel før forskning for nylig offentliggjort i Journal of Optical Microsystems , ingen grad af konvertering (DC) og Youngs modul (E) værdier for IP-Q var blevet rapporteret.

På grund af processens karakter afhænger især de elastiske egenskaber ikke kun af det anvendte materiale, men også af strukturstørrelse, procesparametre og skraveringsstrategi. En almindelig tilgang bruger en kombination af Raman-spektroskopi og nanoindentation til at karakterisere DC af monomer til polymer, der kan måles via Raman-spektroskopi, som derefter kan relateres til materialets mekaniske opførsel, som kan måles via nanoindentation.

Igangværende forskning i akustiske metagrateringer og metamaterialer fremstillet på MEMS vil drage fordel af optimerede elastiske parametre for at give justerbarhed af den akustiske adfærd, da de påvirker den karakteristiske akustiske impedans direkte. AM omfatter processer, hvormed objekter kan skabes tredimensionelt ud fra en teknisk tegning. Dataene sendes til et AM-system, som derefter udfører fremstillingen. AM via TPP er baseret på selektiv hærdning af en flydende precursor for at skabe faste strukturer inde i en dråbe monomer. Bagefter skylles den resterende væske væk. Velkendte TPP-applikationer er optiske sub-mikron strukturer, hvor fotoresisten IP-Dip (Nanoscribe GmbH, Tyskland) er almindeligt anvendt. Den nyere udviklede fotoresist IP-Q er designet af samme producent til større applikationer, f.eks. monteringer, forme og strukturelle metamaterialer. Prøvestrukturer fra hver af de to fotoresists blev fremstillet i parametersweep. Dette muliggør sammenligning af procesparametre med de resulterende karakteristika. Raman-spektroskopi blev anvendt, som er en berøringsfri analysemetode til materialekarakterisering, hvor monokromatisk lys spredes fra materialet.

Refleksionen omfatter ikke kun den bestrålede bølgelængde, men også Raman-spredning. De karakteristiske toppe af Raman-spredningsspektret kan bruges til identifikation af kemiske stoffer. I vores arbejde blev det brugt til at bestemme forholdet mellem monomer og polymer – eller DC – i TPP-prøverne.

Mikro- og nanoindentation blev brugt til at teste prøvernes mekaniske egenskaber. En hård spids, hvis mekaniske egenskaber er kendte, presses ind i prøven, hvis egenskaber er ukendte. Ud fra hældningen af ​​kurven for belastning vs. forskydning blev E-værdier beregnet.

Endelig blev parametersweep af kubiske prøvestrukturer fremstillet ved hjælp af TPP undersøgt på tværs af parametrene laserkraft og scanningshastighed for at finde afhængige egenskaber. De anvendte fotoresister blev undersøgt ved hjælp af Raman-spektroskopi for at finde DC af monomer til polymer, og efterfølgende blev mikro- eller nanoindentation brugt til at finde E.

For IP-Dip varierede den opnåede DC og E fra henholdsvis 20 til 45 % og 1 til 2,1 GPa. Resultaterne blev sammenlignet med rapporter fundet i litteraturen. For IP-Q varierede den opnåede DC og E fra henholdsvis 53 til 80 % og 0,5 til 1,3 GPa. De karakteriserede egenskaber ved IP-Q manifesterer sig som den aktuelle viden om materialet.

"På denne måde vil det at tilbyde en tilgang til at optimere elastiske parametre for TPP-fremstillede strukturer være gavnligt for forskellige igangværende forskningsemner. En lovende anvendelse for denne metode er karakteriseringen af ​​de elastiske parametre for akustiske metagrateringer og metamaterialer fremstillet på MEMS. Disse enheder kan efterfølgende implementeres med fordel i life science, mobilitet og industrielle applikationer," sagde Severin Schweiger fra Fraunhofer Institute of Photonic Microsystems og Brandenburg University of Technology i Tyskland. + Udforsk yderligere

Undersøgelse finder tegn på resonant Raman-spredning fra overfladefononer af Cu(110)