نانومواد

پیش بینی آب: گفتن اینکه چه زمانی قالب نانولیتوگرافی قطرات را شکافت

پیش بینی آب: گفتن اینکه چه زمانی قالب نانولیتوگرافی قطرات را شکافت

 

پیش بینی آب: گفتن اینکه چه زمانی قالب نانولیتوگرافی قطرات را شکافت
اندازه گیری چگونگی تماس یک قطره آب با شیارهای قالب نانولیتوگرافی برای فهمیدن فرسودگی قالب. اعتبار: Jun Taniguchi ، دانشگاه علوم توکیو

پیش بینی آب: گفتن اینکه چه زمانی قالب نانولیتوگرافی قطرات را شکافت لیتوگرافی چاپ نانو اشعه ماورا بنفش (UV-NIL) یک روش ساخت برای تولید ساختارهای نانو با استفاده از رزین قابل درمان با اشعه ماورا بنفش است. یکی از مزیت های اصلی آن سادگی آن است. UV-NIL اساساً شامل ریختن یک رزین مایع بر روی یک قالب ساختار نانو ، ساختن رزین با استفاده از تابش اشعه ماورا بنفش و سپس آزاد سازی آن از قالب است. نتیجه یک پلیمر جامد با ساختار نانو است که وارون قالب آن است. با استفاده از این تکنیک ، می توان انواع مختلفی از دستگاه های کاربردی و فیلم های نازک را برای کاربردها در زمینه هایی مانند اپتیک ، الکترونیک ، مراقبت های بهداشتی ، تحقیقات زیست شناسی و سلول های خورشیدی ایجاد کرد ، که فقط چند مورد را نام برد.

دانشکده ها به راحتی می توان گفت که با ارزش ترین تجهیزات در کل فرآیند UV-NIL قالب اصلی است. برای ماندگاری بیشتر آنها ، قالب های ماکت ساخته شده از قالب اصلی ساخته می شوند و برای تولید انبوه دستگاه های ساختار نانو مورد استفاده قرار می گیرند. با این حال ، این قالب های ماکت به اندازه قالب اصلی دوام ندارند و به طور کلی پس از هزار بار چاپ ، علائم ماکروسکوپی ساییدگی را نشان می دهند. متأسفانه ، هنوز هیچ روش قابل اطمینان و استاندارد برای پیش بینی طول قالب قالب ها وجود ندارد.

در مطالعه ای که اخیراً در نانومواد منتشر شده است ، محققان دانشگاه علوم توکیو و Autex Inc ، ژاپن ، با یک استراتژی هوشمندانه زمان شکستن قالب ماکت را ارائه دادند. آنها با دیدن قطرات آب که در بالای قالب را با الگویی از خطوط موازی فاصله گرفته و با توجه به اینکه چسبندگی قطرات با فرسودگی قالب و با استفاده از آن مخدوش می شود ، توجه کنید.

اما چنین روشی چگونه کار می کند؟ قطرات مایع که روی یک سطح قرار می گیرند دارای ویژگی قابل اندازه گیری به نام زاویه تماس هستند ، که زاویه است که در آن مایع با ماده جامد رابط روبرو می شود. این زاویه با استفاده از سیستم های مبتنی بر دوربین تجاری به راحتی قابل اندازه گیری است.

Water predictions: Telling when a nanolithography mold will break through droplets
نمودار زاویه تماس در امتداد جهت های موازی (y) و عمود (x) در مقابل تعداد استفاده از قالب. قالب وقتی معیوب می شود که زاویه تماس در امتداد جهت عمودی برابر با حداقل مقدار پایدار در امتداد عمود باشد. اعتبار: Jun Taniguchi ، دانشگاه علوم توکیو

اکنون ، در یک قالب ساختار نانو با خطوط موازی (شیارها) ، زاویه تماس آب ناهمسانگردی را نشان می دهد ، به این معنی که در جهات مختلف متفاوت است. به طور دقیق تر ، قطره آب قرار گرفته روی قالب بکر و شیارهای موازی در امتداد شیارها بیشتر از جهت عمود بر شیارها پخش می شود. با این حال ، محققان متوجه شدند که ، با فرسودگی قالب با استفاده مکرر ، زاویه تماس در هر جهت متفاوت تغییر می کند. پروفسور Jun Taniguchi از دانشگاه علوم توکیو توضیح می دهد: “با افزایش تعداد استفاده از قالب ، زاویه تماس در امتداد جهت موازی شیارها به صورت خطی کاهش می یابد. در مقابل ، در ابتدا زاویه تماس در امتداد جهت عمود بسیار سریعتر کاهش می یابد متوجه شدیم که تقریباً دقیقاً وقتی تعداد تکرارها باعث می شود زاویه تماس در هر دو جهت برابر باشد ، قالبها معیوب می شوند. “

محققان روش خود را با استفاده از قالب هایی با عرض شیارهای مختلف تأیید کردند و نتایج را حفظ کردند (به شکل همراه مراجعه کنید). این بدان معناست که می توان از طریق یک فرایند ساده ، پیش بینی های دقیق در مورد طول عمر باقیمانده قالب را با شیارهای موازی انجام داد. ابتدا بررسی کنید که زاویه تماس در جهت عمود به حداقل مقدار پایدار رسیده باشد. سپس ، تابع خط کاهنده را با مقادیر ذخیره شده برای زاویه تماس در امتداد جهت موازی محاسبه کنید. در آخر ، تعداد استفاده هایی را که این خط حداقل مقدار را قطع می کند محاسبه کنید. قالب به احتمال زیاد حدود این تعداد شکسته خواهد شد.

این روش ساده برای تعیین طول عمر قالب برای UV-NIL مفید خواهد بود. آقای شین هیواسا از شرکت Autex Inc. به طور کلی اظهار داشت: “اگرچه روش ما فقط در قالب های دارای شیارهای موازی قابل استفاده است ، اما می توان از آن برای ارزیابی دوام مواد قالب استفاده کرد ؛ طول عمر پیش بینی شده یک قالب تقریباً برای هر شکلی اعمال می شود.” این مطالعه یک شکاف مهم دانش در UV-NIL را پر می کند ، هزینه های مربوط به آن را با ارائه یک روش آسان برای پیش بینی فرسودگی قالب ها کاهش می دهد.

استراتژی پیشنهادی امیدوار است که این روش چاپ نانو را در دسترس تر و قابل اعتمادتر کند ، و باعث اتخاذ آن در تحقیقات و برنامه های کاربردی برای زندگی روزمره می شود.

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

نوشته های مشابه

دکمه بازگشت به بالا