Micrografía SEM de un barrido de parámetros cuboides que comprende 10 x 10 elementos fabricados a través de TPP a partir de la fotorresistencia IP-Q. Crédito:Los autores doi:10.1117/1.JOM.2.3.033501.
La fabricación aditiva (AM) que utiliza litografía de polimerización de dos fotones (TPP) ha aumentado su uso en la industria y la investigación. Actualmente, una de las principales limitaciones de TPP en general y específicamente del material IP-Q (Nanoscribe GmbH, Alemania) es el acceso limitado de los usuarios al conocimiento de las propiedades del material. Debido a la naturaleza del proceso, las propiedades elásticas en particular dependen no solo del material utilizado sino también del tamaño de la estructura, el proceso y los parámetros de fabricación. Por ejemplo, antes de una investigación publicada recientemente en el Journal of Optical Microsystems , no se informaron los valores del grado de conversión (DC) y del módulo de Young (E) para IP-Q.
Debido a la naturaleza del proceso, las propiedades elásticas en particular dependen no solo del material utilizado sino también del tamaño de la estructura, los parámetros del proceso y la estrategia de eclosión. Un enfoque común utiliza una combinación de espectroscopia Raman y nanoindentación para caracterizar la CC de monómero a polímero medible mediante espectroscopia Raman, que luego puede relacionarse con el comportamiento mecánico del material, medible mediante nanoindentación.
La investigación en curso sobre metarreductores acústicos y metamateriales fabricados en MEMS se beneficiaría de parámetros elásticos optimizados para proporcionar capacidad de ajuste del comportamiento acústico, ya que afectan directamente a la impedancia acústica característica. AM engloba procesos con los que se pueden crear objetos tridimensionales a partir de un dibujo técnico. Los datos se envían a un sistema AM, que luego realiza la fabricación. AM vía TPP se basa en el curado selectivo de un precursor líquido para crear estructuras sólidas dentro de una gota de monómero. Posteriormente, el líquido sobrante se lava. Las aplicaciones bien conocidas de TPP son estructuras ópticas submicrónicas, en las que comúnmente se utiliza el fotorresistente IP-Dip (Nanoscribe GmbH, Alemania). El fotorresistente IP-Q desarrollado más recientemente fue diseñado por el mismo fabricante para aplicaciones más grandes, p. monturas, moldes y metamateriales estructurales. Las estructuras de muestra de cada uno de los dos fotoprotectores se produjeron en barridos de parámetros. Esto permite la comparación de los parámetros del proceso con las características resultantes. Se empleó la espectroscopia Raman, que es un método de análisis sin contacto para la caracterización de materiales en el que la luz monocromática se dispersa fuera del material.
La reflexión comprende no solo la longitud de onda irradiada sino también la dispersión Raman. Los picos característicos del espectro de dispersión Raman se pueden utilizar para la identificación de sustancias químicas. En nuestro trabajo, se utilizó para determinar la proporción de monómero a polímero, o DC, en las muestras de TPP.
Gráfico de dispersión del módulo de Young de 92 cuboides basados en IP-Dip viables en comparación con su valor de CC correspondiente, incluida una línea discontinua con =(9,52 CC – 0,56) GPa que representa los puntos de datos ajustados de Bauer et al. (a) y un diagrama de dispersión del valor de 68 cuboides viables basados en IP-Q (b) en comparación con su correspondiente DC. Las mediciones de indentación de las muestras IP-Q e IP-Dip tienen una desviación estándar relativa promediada de 2,5 % y 3,7 %, respectivamente. Crédito:Los autores doi:10.1117/1.JOM.2.3.033501
Se utilizaron micro y nanoindentación para probar las propiedades mecánicas de las muestras. Se presiona una punta dura cuyas propiedades mecánicas se conocen en la muestra cuyas propiedades se desconocen. A partir de la pendiente de la curva de carga frente a desplazamiento, se calcularon los valores E.
Por último, se investigaron barridos de parámetros de estructuras de muestras cuboides fabricadas con TPP a través de los parámetros de potencia del láser y velocidad de escaneo para encontrar propiedades dependientes. Los fotoprotectores empleados se examinaron mediante espectroscopia Raman para encontrar la DC de monómero a polímero y, posteriormente, se usaron micro o nanoindentaciones para encontrar E.
Para IP-Dip, la DC y E alcanzadas oscilaron entre 20 y 45 % y entre 1 y 2,1 GPa, respectivamente. Los resultados fueron comparados con reportes encontrados en la literatura. Para IP-Q, la DC y E alcanzadas oscilaron entre 53 y 80 % y entre 0,5 y 1,3 GPa, respectivamente. Las propiedades caracterizadas de IP-Q se manifiestan como el estado actual del conocimiento del material.
"Por este medio, ofrecer un enfoque para optimizar los parámetros elásticos de las estructuras fabricadas con TPP será beneficioso para varios temas de investigación en curso. Una aplicación prometedora para este método es la caracterización de los parámetros elásticos de las metarretículas acústicas y los metamateriales fabricados en MEMS. Estos dispositivos puede implementarse posteriormente de manera beneficiosa en ciencias de la vida, movilidad y aplicaciones industriales", dijo Severin Schweiger del Instituto Fraunhofer de Microsistemas Fotónicos y la Universidad Tecnológica de Brandenburgo en Alemania. Un estudio encuentra evidencia de dispersión Raman resonante de fonones superficiales de Cu(110)
