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.

当飞秒激光聚焦在光固化树脂上时，仅在光强较高的焦点处发生双光子吸收，从而形成固化点。如果对焦点进行三维扫描，则形成三维聚合物结构通过化学镀方法在三维聚合物结构上涂覆金属，可以获得纳米/微米级任意形状的三维金属结构。化学镀金属涂层高度依赖于底层材料的化学性质，通常需要用锡、钯等进行预处理，才能通过化学镀在聚合物上涂覆金属。去年，我们开发了一种改性树脂，该树脂是与甲基丙烯酰胺混合的市售光固化树脂，作为无需镀前处理即可轻松粘附金属的树脂。我们还证实，通过将其与传统树脂结合使用，只有改性树脂才能选择性地涂覆金属。今年，我们优化了照射激光条件，并使用这种方法来涂覆三维金属/聚合物混合微结构。用于建模的光源波长为796 nm，脉冲宽度为140 fs，平均输出为1.4 W，重复率为1 kHz。使用钛蓝宝石激光器（再生放大器）。使用衰减器将激光器调整到适合建模的输出，使用微透镜阵列创建多点，并使用物镜将光聚焦到光固化树脂中使用传统和改性树脂制造三维聚合物结构，清洗后将它们浸入硝酸银水溶液中几个小时。将样品清洗，浸入氨性硝酸银水溶液中，添加葡萄糖水溶液作为还原剂，清洗、干燥后，用扫描电子显微镜观察，结果仅观察到改性树脂部分。确认了三维银/聚合物结构。最小金属线宽约为300 nm。上述结果表明该方法可以创建具有亚微米分辨率的三维金属/聚合物杂化结构。