機能材料創製のための先端パルスレーザー加工技術の開発

3Dプリンティング技術は３次元の複雑な構造を直接構築できるため、エレクトロニクス、医療から航空産業まで幅広い分野で応用可能であり、今日世界的に研究開発さらには実際のもの作りが活発に行われている。しかし既存の3Dプリンティング技術で作製できる３次元構造体の寸法は、数メートルから小さいものでも数ミリメートルのオーダーである。一方、マイクロ～ナノのスケールの３次元構造体が実現されれば、新たな機能を発現させることができ、メタマテリアル、フォトニック結晶、バイオチップ等への応用が期待される。このような微小な３次元構造体の作製方法としては、フェムト秒レーザーを用いた２光子造形法が既に広く試みられている。しかし２光子造形で造形できる材料はポリマーに限られるため、その応用には限界があり、その他の材料からなる３次元マイクロ、ナノ構造体を作製する技術の開発が強く望まれている。本研究では、金属の３次元マイクロ、ナノ構造体を造形するために、新たな3Dプリンティング技術を開発することを目的とする。金属の３次元マイクロ、ナノ構造体を形成するために、高分子化合物であるポリビニルピロビドン(PVP)に硝酸銀を混合したものを前駆体として用いた。波長1030nm、パルス幅230fs、繰り返し周波数54MHzのフェムト秒レーザーを用い、前駆体の多光子光還元反応により銀原子を析出することを試みた。レーザーパワー、レーザー走査速度、PVP溶液の濃度を最適化することにより、加工解像度20μm程度で連続的な金属構造を構築することに成功した。一方ガラスマイクロチップに形成された３次元流体構造内部に、２光子造形法により３次元マイクロ、ナノ構造体を形成する技術を開発し、高機能バイオチップ作製への応用を計った。

3Dプリンティング技術は３次元の複雑な構造を直接構築できるため、エレクトロニクス、医療から航空産業まで幅広い分野で応用可能であり、今日世界的に研究開発さらには実際のもの作りが活発に行われている。しかし既存の3Dプリンティング技術で作製できる３次元構造体の寸法は、数メートルから小さいものでも数ミリメートルのオーダーである。一方、マイクロ～ナノのスケールの３次元構造体が実現されれば、新たな機能を発現させることができ、メタマテリアル、フォトニック結晶、バイオチップ等への応用が期待される。このような微小な３次元構造体の作製方法としては、フェムト秒レーザーを用いた２光子造形法が既に広く試みられている。しかし２光子造形で造形できる材料はポリマーに限られるため、その応用には限界があり、その他の材料からなる３次元マイクロ、ナノ構造体を作製する技術の開発が強く望まれている。本研究では、金属の３次元マイクロ、ナノ構造体を造形するために、新たな3Dプリンティング技術を開発することを目的とする。金属の３次元マイクロ、ナノ構造体を形成するために、高分子化合物であるポリビニルピロビドン(PVP)に硝酸銀を混合したものを前駆体として用いた。波長1030nm、パルス幅230fs、繰り返し周波数54MHzのフェムト秒レーザーを用い、前駆体の多光子光還元反応により銀原子を析出することを試みた。レーザーパワー、レーザー走査速度、PVP溶液の濃度を最適化することにより、加工解像度20μm程度で連続的な金属構造を構築することに成功した。一方ガラスマイクロチップに形成された３次元流体構造内部に、２光子造形法により３次元マイクロ、ナノ構造体を形成する技術を開発し、高機能バイオチップ作製への応用を計った。