Surmonter une limitation de production majeure


Surmonter une limitation de production majeure

Image SEM d’un balayage de paramètre cuboïde avec 10 x 10 éléments, produit sur TPP à partir de la résine photosensible IP-Q. Crédit : Les auteurs doi : 10.1117/1.JOM.2.3.033501.

La fabrication additive (FA) avec lithographie par polymérisation à deux photons (TPP) est de plus en plus utilisée dans l’industrie et la recherche. Actuellement, limitation majeure du TPP en général et du matériau IP-Q (Nanoscribe GmbH, Allemagne) en particulier est l’accès limité des utilisateurs aux connaissances sur les propriétés des matériaux. Les propriétés élastiques en particulier dépendent non seulement du matériau utilisé, mais aussi de la taille de la structure, du processus et des paramètres de production. Par exemple, récemment dans la recherche publiée Journal des microsystèmes optiquesaucune valeur n’a été signalée pour le degré de conversion (DC) et le module de Young (E) pour IP-Q.

En raison du processus, les propriétés élastiques en particulier dépendent non seulement du matériau utilisé, mais également de la taille de la structure, des paramètres du processus et de la stratégie de glissement. Une approche courante utilise une combinaison de spectroscopie Raman et de nanoindentation pour caractériser le monomère en polymère DC, mesurable via la spectroscopie Raman, qui peut ensuite être liée au comportement mécanique du matériau, mesurable via la nanoindentation.

Les recherches en cours sur les métagrilles acoustiques et les métamatériaux fabriqués sur MEMS bénéficieraient de paramètres élastiques optimisés pour fournir une accordabilité du comportement acoustique car ils affectent directement l’impédance acoustique caractéristique. La FA comprend des processus qui peuvent être utilisés pour créer des objets tridimensionnels à partir d’un dessin technique. Les données sont envoyées à un système AM, qui effectue ensuite la fabrication. La FA sur TPP repose sur le durcissement sélectif d’un précurseur liquide pour créer des structures solides dans une gouttelette de monomère. Le liquide restant est ensuite évacué. Les applications TPP connues sont les structures optiques submicroniques, dans lesquelles la résine photosensible IP-Dip (Nanoscribe GmbH, Allemagne) est généralement utilisée. La nouvelle résine photosensible IP-Q a été développée par le même fabricant pour des applications plus importantes, par ex. B. Supports, formes et métamatériaux structuraux. Les structures de motif de chacun des deux photoresists ont été produites dans des séries paramétriques. Ceci permet la comparaison des paramètres de processus avec les valeurs caractéristiques résultantes. La spectroscopie Raman a été utilisée, une méthode d’analyse sans contact pour la caractérisation des matériaux dans laquelle la lumière monochromatique est diffusée sur le matériau.

En plus de la longueur d’onde rayonnée, la réflexion comprend également la Raman. Les pics caractéristiques du spectre de diffusion Raman peuvent être utilisés pour identifier des substances chimiques. Dans notre travail, il a été utilisé pour déterminer le rapport monomère sur polymère – ou DC – dans les échantillons de TPP.

Surmonter une limitation de production majeure

Diagramme de dispersion du module de Young de 92 cuboïdes viables basés sur IP-dip par rapport à leur valeur DC correspondante, y compris une pointillée avec = (9,52 DC – 0,56) points de données d’ajustement GPa de Bauer et al. ( a ) et un de points de la valeur de 68 cuboïdes viables basés sur IP-Q ( b ) par rapport à leur DC correspondant. Les mesures d’indentation des échantillons IP-Q et IP-Dip ont un écart type relatif moyen de 2,5 % et 3,7 %, respectivement. Crédit : Les auteurs doi : 10.1117/1.JOM.2.3.033501

Des micro et nano indentations ont été utilisées pour tester les propriétés mécaniques des échantillons. Une pointe dure, dont les propriétés mécaniques sont connues, est enfoncée dans l’échantillon, dont les propriétés sont inconnues. Les valeurs E ont été calculées à partir de la pente de la courbe contrainte-déplacement.

Enfin, les balayages de paramètres des structures d’échantillons cuboïdes fabriquées avec du TPP ont été examinés à travers les paramètres de puissance laser et de vitesse de balayage pour trouver des propriétés dépendantes. Les photorésists utilisés ont été sondés avec la spectroscopie Raman pour trouver la CCM du monomère au polymère, puis une micro ou nano indentation a été utilisée pour identifier E.

Pour IP-Dip, les DC et E obtenus variaient de 20 à 45 % et de 1 à 2,1 GPa, respectivement. Les résultats ont été comparés aux rapports de la littérature. Pour IP-Q, les DC et E obtenus variaient de 53 à 80 % et de 0,5 à 1,3 GPa, respectivement. Les propriétés caractérisées d’IP-Q se manifestent comme l’état actuel des connaissances du matériau.

« De cette façon, proposer une approche pour optimiser les paramètres élastiques des structures fabriquées en TPP sera bénéfique pour divers sujets de recherche en cours. Une application prometteuse de cette méthode est la caractérisation des paramètres élastiques des métaréseaux acoustiques et des métamatériaux fabriqués sur MEMS. Ces appareils peuvent ensuite être utilisés de manière bénéfique dans les domaines des sciences de la vie, de la mobilité et de l’industrie », déclare Severin Schweiger de l’Institut Fraunhofer pour les microsystèmes photoniques et de l’Université technique de Brandebourg en Allemagne.


Une étude révèle des preuves de la diffusion Raman résonnante des phonons de surface de Cu(110)


Plus d’information:
Severin Schweiger et al, Caractérisation de structures de lithographie par polymérisation à deux photons à l’aide de la spectroscopie Raman et de la nanoindentation, Journal des microsystèmes optiques (2022). DOI : 10.1117/1.JOM.2.3.033501

Fourni par SPIE – Société internationale d’optique et de photonique

Citation: Overcoming a Major Manufacturing Constraint (2022, 12 août), récupéré le 12 août 2022 sur https://phys.org/news/2022-08-major-constraint.html

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