Автор AZoNano 10 ноября 2020 г.

Ультрафиолетовая литография наноимпринтов (UV-NIL) – это технология производства наноструктур с использованием УФ-отверждаемой смолы. Одно из основных преимуществ – простота

UV-NIL, по сути, состоит из заливки жидкой смолы на наноструктурированную форму, при которой смола затвердевает с помощью УФ-излучения и затем высвобождает ее из формы. В результате получается твердый полимер с наноструктурой, противоположной наноструктуре формы. Используя эту технику, можно изготавливать большое количество разнообразных функциональных устройств и тонких пленок для приложений в таких областях, как оптика, электроника, здравоохранение, биологические исследования и солнечные элементы, и это лишь некоторые из них.

Можно с уверенностью сказать, что самая ценная часть оборудования во всем процессе UV-NIL – это мастер-форма. Чтобы продлить срок их службы, изготавливаются копии форм, изготовленные из эталонных форм, и используются для массового производства наноструктурированных устройств. Однако эти реплики не так долговечны, как мастер-формы, и обычно они начинают проявлять макроскопические признаки износа после пары тысяч отпечатков. К сожалению, надежного и стандартного метода прогнозирования срока службы реплик пресс-форм пока не существует.

В недавнем исследовании, опубликованном в журнале «Наноматериалы», исследователи из Токийского университета науки и Autex Inc., Япония, разработали хитроумную стратегию, позволяющую определить, когда копия формы сломается. Им удалось это сделать, глядя на капли воды, помещенные на верхнюю часть формы с рисунком из разнесенных параллельных линий, и отмечая, как прилипание капель изменяется по мере того, как форма изнашивается и деформируется при использовании.

Но как работает такой метод? Капли жидкости, лежащие на поверхности, обладают измеряемым свойством, называемым краевым углом, который представляет собой угол, под которым жидкость встречается с твердым телом на границе раздела. Этот угол легко измерить с помощью коммерческих систем на базе камер.

Теперь, в наноструктурированной форме с параллельными линиями (канавками), краевой угол смачивания воды демонстрирует анизотропию, то есть он изменяется в разных направлениях. Более конкретно, капля воды, помещенная на безупречную форму с параллельными канавками, будет распространяться в направлении канавок больше, чем в направлении, перпендикулярном канавкам. Однако исследователи заметили, что, поскольку форма изнашивается при многократном использовании, угол контакта изменяется по-разному в каждом направлении. Профессор Дзюн Танигучи из Токийского научного университета объясняет: «По мере увеличения числа использований пресс-формы угол контакта в направлении, параллельном канавкам, линейно уменьшается. Напротив, угол контакта в перпендикулярном направлении уменьшается гораздо больше. сначала быстро, а затем остается на постоянном минимальном значении. Мы обнаружили, что формы имеют тенденцию становиться дефектными почти точно тогда, когда число повторений уравновешивает углы контакта в обоих направлениях »

Исследователи проверили свой метод, используя формы с различной шириной канавки, и результаты подтвердились (см. Прилагаемый рисунок). Это означает, что можно сделать точные прогнозы относительно оставшегося срока службы пресс-формы с параллельными канавками с помощью простого процесса. Сначала убедитесь, что угол контакта в перпендикулярном направлении достиг стабильного минимального значения. Затем вычислите функцию убывающей линии с сохраненными значениями краевого угла в параллельном направлении. Наконец, подсчитайте количество использований, после которого эта линия пересечет минимальное значение; форма, скорее всего, сломается около этого числа.

Этот простой подход будет полезен для определения ожидаемого срока службы пресс-форм для UV-NIL. «Хотя наш метод применим только к формам с параллельными канавками, его можно использовать для оценки долговечности самих материалов форм; прогнозируемый срок службы материала формы применим практически к любой форме», отмечает г-н Шин Хиваса от Autex Inc. В целом, это исследование заполняет важный пробел в знаниях об УФ-NIL, снижая связанные с этим затраты, предоставляя простой способ предсказать, когда формы будут изнашиваться.

Предлагаемая стратегия, как мы надеемся, сделает эту технику наноимпринтинга более доступной и надежной, способствуя ее внедрению как в исследованиях, так и в приложениях для повседневной жизни.

Источник: http://www.tus.ac.jp/en/