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  • Predicciones del agua:decir cuándo un molde de nanolitografía romperá las gotas

    Medir cómo una gota de agua entra en contacto con las ranuras de un molde de nanolitografía para averiguar qué tan desgastado está el molde. Crédito:Jun Taniguchi, Universidad de Ciencias de Tokio

    La litografía de nanoimpresión ultravioleta (UV-NIL) es una técnica de fabricación para producir nanoestructuras utilizando resina curable por UV. Una de sus principales ventajas es su gran sencillez; UV-NIL consiste esencialmente en verter una resina líquida sobre un molde nanoestructurado, hacer que la resina se solidifique mediante irradiación UV, y luego soltarlo del molde. El resultado es un polímero sólido con una nanoestructura inversa a la del molde. Usando esta técnica, Se puede fabricar una gran variedad de dispositivos funcionales y películas delgadas para aplicaciones en campos como la óptica, electrónica, cuidado de la salud, investigación en biología, y celdas solares, por nombrar solo algunos.

    Es seguro decir que el equipo más valioso en todo el proceso UV-NIL es el molde maestro. Para que duren más, Se fabrican réplicas de moldes hechos a partir del molde maestro y se utilizan para la producción en masa de dispositivos nanoestructurados. Sin embargo, estos moldes de réplica no son tan duraderos como el molde maestro, y generalmente comienzan a mostrar signos macroscópicos de desgaste después de un par de miles de impresiones. Desafortunadamente, todavía no existe un método fiable y estándar para predecir la vida útil de las réplicas de moldes.

    En un estudio reciente publicado en Nanomateriales , investigadores de la Universidad de Ciencias de Tokio y Autex Inc., Japón, ideó una estrategia inteligente para saber cuándo se romperá el molde de una réplica. Lograron hacer esto observando las gotas de agua colocadas en la parte superior de un molde con un patrón de líneas paralelas espaciadas y observando cómo cambia la adherencia de las gotas a medida que el molde se desgasta y se deforma con el uso.

    Pero, ¿cómo funciona ese método? Las gotas de líquido que descansan sobre una superficie tienen una propiedad medible llamada ángulo de contacto, que es el ángulo en el que el líquido se encuentra con el sólido en la interfaz. Este ángulo se puede medir fácilmente utilizando sistemas comerciales basados ​​en cámaras.

    Trace el ángulo de contacto a lo largo de las direcciones paralela (y) y perpendicular (x) versus el número de usos del molde. El molde se vuelve defectuoso cuando el ángulo de contacto a lo largo de la dirección vertical se vuelve igual al valor mínimo estable a lo largo de la dirección perpendicular. Crédito:Jun Taniguchi, Universidad de Ciencias de Tokio

    Ahora, en un molde nanoestructurado con líneas paralelas (ranuras), el ángulo de contacto del agua presenta anisotropía, lo que significa que varía en diferentes direcciones. Más específicamente, una gota de agua colocada en un molde prístino con ranuras paralelas se extenderá a lo largo de la dirección de las ranuras más que en la dirección perpendicular a las ranuras. Sin embargo, los investigadores notaron que, a medida que el moho se desgasta con el uso repetido, el ángulo de contacto cambia de manera diferente a lo largo de cada dirección. El profesor Jun Taniguchi de la Universidad de Ciencias de Tokio explica:"A medida que aumenta el número de usos del molde, el ángulo de contacto a lo largo de la dirección paralela a las ranuras disminuye linealmente. A diferencia de, el ángulo de contacto a lo largo de la dirección perpendicular disminuye mucho más rápidamente al principio y luego se mantiene en un valor mínimo constante. Descubrimos que los moldes tendían a volverse defectuosos casi exactamente cuando el número de repeticiones hacía que los ángulos de contacto en ambas direcciones fueran iguales ".

    Los investigadores verificaron su método utilizando moldes con diferentes anchos de ranura, y los resultados se mantuvieron (ver la figura adjunta). Esto significa que se pueden hacer predicciones precisas sobre la vida útil restante de un molde con ranuras paralelas mediante un proceso simple. Primero, compruebe que el ángulo de contacto en la dirección perpendicular haya alcanzado un valor mínimo estable. Luego, Calcule la función de línea decreciente con los valores almacenados para el ángulo de contacto a lo largo de la dirección paralela. Finalmente, calcule el número de usos después de los cuales esta línea se cruzará con el valor mínimo; lo más probable es que el molde se rompa alrededor de ese número.

    Este enfoque simple será útil para determinar la vida útil esperada de los moldes para UV-NIL. "Aunque nuestro método solo es aplicable a moldes con ranuras paralelas, se puede utilizar para evaluar la durabilidad de los propios materiales del molde; la vida útil prevista de un material de molde se aplica a prácticamente cualquier forma, "comenta el Sr. Shin Hiwasa de Autex Inc. En general, este estudio llena un importante vacío de conocimiento en UV-NIL, reduciendo sus costos asociados al proporcionar una manera fácil de predecir cuándo se desgastarán los moldes.

    Se espera que la estrategia propuesta haga que esta técnica de nanoimpresión sea más accesible y confiable, Fomentando su adopción tanto en investigación como en aplicaciones para la vida cotidiana.


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