Несмотря на то, что ряд методов изготовления иерархических структур, вдохновленных биологией, уже существует, большинство традиционных методов либо включают сложные процессы, либо требуют больших затрат времени и низкой рентабельности для промышленных приложений. Теперь группа исследователей из Чанчуньского университета науки и технологий (Китай) разработала новый метод быстрого и безмасочного изготовления био-вдохновленных иерархических структур с использованием техники, называемой лазерной интерференционной литографией.В частности, исследователи используют интерференционную картину трех- и четырехлучевых лазеров для создания упорядоченных многомасштабных поверхностных структур на кремниевых подложках, при этом структуру иерархических структур можно контролировать, регулируя параметры падающего света.
В соответствии с теоретическим и компьютерным анализом, исследователи экспериментально продемонстрировали потенциал новой техники для создания недорогих и крупносерийных трехмерных микро- и наноструктур на больших площадях. На этой неделе в журнале Applied Optics от The Optical Society (OSA) исследователи описывают свою работу.
«Мы представили гибкий и прямой метод изготовления упорядоченных многомасштабных трехмерных структур с использованием трех- и четырехлучевой интерференционной литографии», — сказал Цзобинь Ван, главный автор и профессор Международного исследовательского центра обработки и производства наночастиц в Китае. Чанчуньский университет науки и технологий, Китай. «По сравнению с другими технологиями формирования паттернов наш метод прост и эффективен с точки зрения получения иерархических структур, вдохновленных биологией».Ван упомянул, что для некоторых сложных поверхностных структур традиционные методы, такие как электронно-лучевая литография, могут занять несколько часов или день для изготовления рисунка, в то время как подход с использованием лазерной интерференции занимает всего несколько минут для создания структуры, что делает метод пригодным для высокопроизводительных работ. объем промышленного производства.
«Лазерная интерференционная литография — это метод формирования рисунка без маски, который использует интерференционные рисунки, генерируемые двумя или несколькими когерентными лазерными лучами, для создания микро- и нанометровых периодических рисунков на больших площадях», — сказал Ван. В отличие от традиционных методов формирования рисунка, таких как электронно-лучевая литография, метод лазерной интерференции позволяет изготавливать всю поверхность подложки за одну экспозицию или за один этап литографии.
Например, в эксперименте Ванга одномерная многомасштабная структура, то есть одномерная ориентированная конструкция с синусоидальными канавками, покрытыми периодическими линейоподобными структурами, была изготовлена путем воздействия на кремниевую подложку трех или четырех интерферирующих лучей на один время. Результирующий поверхностный узор, хотя и расположен в одном направлении, имеет трехмерную пространственную структуру. Чтобы получить более сложные структуры, такие как двумерно ориентированные многомасштабные структуры, исследователи просто повернули подложку на 90 градусов в плоскости и применили второе лазерное воздействие на поверхность.«Лазерная интерференционная литография позволяет изготавливать однородные микро- и нанометровые структурированные узоры на площади более одного квадратного метра, что либо невозможно, либо требует больших затрат времени или средств для традиционных методов», — сказал Ван.
Эти особенности делают лазерную интерференционную литографию превосходящей другие методы с точки зрения эффективности и крупносерийного производства.По словам Ванга, их экспериментальный процесс прост: лазерный луч высокой мощности был разделен на три или четыре равных луча, которые затем направлялись зеркалами для создания интерференционных картин для изготовления поверхностных структур.
Параметры лазера, такие как угол падения и азимутальный угол каждого луча, регулировались светоделителями и положениями зеркал. Другие оптические устройства, такие как четвертьволновые пластины и поляризаторы, использовались для выбора режима поляризации и управления энергией лазерных лучей.«Параметры лазерного луча выбираются в соответствии с желаемой структурой поверхности и соответствующим распределением энергии интерференции, рассчитанным на основе теоретического моделирования. Другими словами, формами или рисунками иерархических структур в нашем методе можно управлять, регулируя параметры каждого падающего луча», — сказал Ван принято к сведению.
По словам Ванга, предложенная технология может быть использована для изготовления оптических или медицинских устройств, таких как солнечные батареи, антибликовые покрытия, самоочищающиеся и антибактериальные поверхности и долговечные искусственные тазобедренные суставы.Следующим шагом исследователей является разработка функциональных поверхностных структур с контролируемыми свойствами смачиваемости, адгезии и отражательной способности для оптических, медицинских и механических применений.