Additive manufacturing (AM) met behulp van twee-fotonpolymerisatielithografie (TPP) is in gebruik genomen in de industrie en onderzoek. Momenteel is een belangrijke beperking van TPP in het algemeen en specifiek van het materiaal IP-Q (Nanoscribe GmbH, Duitsland) de beperkte toegang van gebruikers tot kennis over materiaaleigenschappen. Vanwege de aard van het proces zijn vooral de elastische eigenschappen niet alleen afhankelijk van het gebruikte materiaal, maar ook van de structuurgrootte, het proces en de fabricageparameters. Bijvoorbeeld, vóór onderzoek dat onlangs is gepubliceerd in het Journal of Optical Microsystems , er waren geen conversiegraad (DC) en Young's modulus (E) -waarden voor IP-Q gerapporteerd.

Door de aard van het proces zijn vooral de elastische eigenschappen niet alleen afhankelijk van het gebruikte materiaal, maar ook van de structuurgrootte, procesparameters en arceringsstrategie. Een gemeenschappelijke benadering maakt gebruik van een combinatie van Raman-spectroscopie en nano-indentatie om de DC van monomeer tot polymeer te karakteriseren, meetbaar via Raman-spectroscopie, die vervolgens kan worden gerelateerd aan het mechanische gedrag van het materiaal, meetbaar via nano-indentatie.

Lopend onderzoek naar akoestische metagratings en metamaterialen vervaardigd op MEMS zou baat hebben bij geoptimaliseerde elastische parameters om aanpasbaarheid van het akoestische gedrag te bieden, omdat ze de karakteristieke akoestische impedantie rechtstreeks beïnvloeden. AM omvat processen waarmee objecten driedimensionaal kunnen worden gecreëerd vanuit een technische tekening. De gegevens worden naar een AM-systeem gestuurd, dat vervolgens de fabricage uitvoert. AM via TPP is gebaseerd op selectieve uitharding van een vloeibare precursor om vaste structuren te creëren in een druppel monomeer. Daarna wordt de overgebleven vloeistof weggespoeld. Bekende TPP-toepassingen zijn optische submicronstructuren, waarbij de fotoresist IP-Dip (Nanoscribe GmbH, Duitsland) algemeen wordt gebruikt. De recenter ontwikkelde fotoresist IP-Q is door dezelfde fabrikant ontworpen voor grotere toepassingen, b.v. mounts, mallen en structurele metamaterialen. Monsterstructuren van elk van de twee fotoresists werden geproduceerd in parameter sweeps. Hierdoor kunnen procesparameters worden vergeleken met de resulterende kenmerken. Er is gebruik gemaakt van Raman-spectroscopie, een contactloze analysemethode voor materiaalkarakterisering waarbij monochromatisch licht van het materiaal wordt verstrooid.

De reflectie omvat niet alleen de uitgestraalde golflengte maar ook Raman-verstrooiing. De karakteristieke pieken van het Raman-verstrooiingsspectrum kunnen worden gebruikt voor de identificatie van chemische stoffen. In ons werk werd het gebruikt om de verhouding van monomeer tot polymeer - of DC - in de TPP-monsters te bepalen.

Micro- en nano-indentatie werden gebruikt om de mechanische eigenschappen van de monsters te testen. Een harde punt waarvan de mechanische eigenschappen bekend zijn, wordt in het monster gedrukt waarvan de eigenschappen onbekend zijn. Uit de helling van de belasting vs. verplaatsingscurve werden E-waarden berekend.

Ten slotte werden parameter sweeps van kubusvormige monsterstructuren vervaardigd met behulp van TPP onderzocht over de parameters laservermogen en scansnelheid om afhankelijke eigenschappen te vinden. De gebruikte fotoresists werden onderzocht met behulp van Raman-spectroscopie om de DC van monomeer tot polymeer te vinden, en vervolgens werden micro- of nano-indentatie gebruikt om E te vinden.

Voor IP-Dip varieerden de bereikte DC en E van respectievelijk 20 tot 45% en 1 tot 2,1 GPa. De resultaten zijn vergeleken met rapporten die in de literatuur zijn gevonden. Voor IP-Q varieerden de bereikte DC en E van respectievelijk 53 tot 80% en 0,5 tot 1,3 GPa. De gekarakteriseerde eigenschappen van IP-Q manifesteren zich als de huidige stand van kennis van het materiaal.

"Op deze manier zal het aanbieden van een benadering om elastische parameters van TPP-gefabriceerde structuren te optimaliseren gunstig zijn voor verschillende lopende onderzoeksthema's. Een veelbelovende toepassing voor deze methode is de karakterisering van de elastische parameters van akoestische metagratings en metamaterialen vervaardigd op MEMS. Deze apparaten kan vervolgens gunstig worden geïmplementeerd in life science, mobiliteit en industriële toepassingen", zegt Severin Schweiger van het Fraunhofer Institute of Photonic Microsystems en de Brandenburg University of Technology in Duitsland. + Verder verkennen

Studie vindt bewijs van resonante Raman-verstrooiing van oppervlaktefononen van Cu(110)