2光子吸収微細造形を用いる三次元空間に配列された金属微細構造の作製

利用双光子吸收微加工制造三维空间排列的金属微结构

基本信息

批准号：
18710107
负责人：
武安伸幸
金额：
$ 2.18万
依托单位：
The Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

光硬化性樹脂にフェムト秒レーザーを集光すると光強度の高い焦点でのみ2光子吸収が起こり,硬化スポットが得られる.その焦点を3次元走査するとナノ/ミクロンスケールで任意形状の3次元ポリマー構造体を作製できる.3次元ポリマー構造体に無電解めっき法により金属をコーティングすると3次元金属構造体が得られる.無電解めっき法による金属コーティングは下地の化学的性質に大きく依存し,一般に無電解めっき法でポリマーへ金属をコートするためにはスズやパラジウムなどで前処理を行う必要がある.昨年度,めっき前処理が不要な金属の付着し易い樹脂として市販の光硬化性樹脂にメタアクリルアミドを混ぜた改質樹脂を開発した.また,それを従来樹脂と併用することによって選択的に改質樹脂のみが金属でコートされることを確認した.本年度は,照射レーザー条件を最適化し,本手法により3次元金属/ポリマーハイブリッド微細構造を作製した.造形用光源には波長796nm,パルス幅140fs,平均出力1.4W,繰返し1kHzのチタンサファイアレーザー(再生増幅器)を用いた.アッテネータを用いて造形に適当な出力としたレーザーをマイクロレンズアレイを用いてマルチスポットを創製し,対物レンズにより光硬化性樹脂中へ集光した.従来樹脂および改質樹脂を用いて3次元ポリマー構造を作製し,洗浄後,硝酸銀水溶液中に数時間浸した。サンプルを洗浄し,アンモニア性硝酸銀水溶液中に浸し,還元剤としてグルコース水溶液を加えた.洗浄・乾燥後,走査型電子顕微鏡により観察した.その結果,改質樹脂部分のみが銀でコーティングされた3次元銀/ポリマー構造体を確認できた.その最小金属線幅は約300nmであった.以上から,本手法によりサブミクロンの分解能で3次元金属/ポリマーハイブリッド構造を作製できることが示せた.

当飞秒激光收集在可光化树脂上时，两光子的吸收仅在高光强度的聚焦下发生，从而导致硬斑点。焦点的三维扫描允许在纳米/微米尺度上具有任意形状的3D聚合物结构。用电镀方法将3D聚合物结构涂层可产生3D金属结构。使用电镀方法的金属涂层在很大程度上取决于基础材料的化学特性，并且为了使用电气镀层方法将金属涂在聚合物上，有必要用锡或钯进行预处理。去年，我们通过将可商购的光电树脂与甲基丙烯酰胺作为一种不需要预处理的树脂进行了混合，开了一个改良的树脂。还可以证实，仅通过与常规树脂结合使用金属将金属选择性涂覆。在今年，优化了辐照激光条件，并使用此方法生产了3D金属/聚合物混合微观结构。使用钛蓝宝石激光器（再生放大器），波长为796 nm，脉冲宽度为140 fs，平均输出为1.4 w，并重复1 kHz，使用蓝宝石激光用作建模的光源。使用衰减器创建了适合雕刻的激光器，使用衰减器使用Microlens阵列创建多点，然后将光集中在可光疗的树脂中。使用常规树脂和修饰的树脂制备3D聚合物结构，洗涤，然后浸入硝酸盐水溶液中几个小时。洗涤样品，浸入基于氨的硝酸银溶液中，并添加葡萄糖溶液作为还原剂。洗涤和干燥后，使用扫描电子显微镜观察样品。结果，仅在修饰的树脂部分中只用银涂层3D银/聚合物结构。最小金属线宽度约为300 nm。从这一点开始，结果表明，该技术可以产生具有亚微米分辨率的3D金属/聚合物杂交结构。