Wetenschap
Micro-Lisa:Een stempel drukken met nieuw laserschrijven op nanoschaal
Nu hebben onderzoekers van Flinders University een op licht reagerend, goedkoop, van zwavel afgeleid polymeer ontdekt dat ontvankelijk is voor lasers met zichtbaar licht met laag vermogen, wat een meer betaalbare en veiligere productiemethode belooft op het gebied van nanotechnologie, chemische wetenschap en patroonvorming van oppervlakken in biologische toepassingen.
Details van het nieuwe systeem zijn zojuist gepubliceerd in Angewandte Chemie International Edition, met een lasergeëtste versie van het beroemde schilderij "Mona Lisa" en micro-brailledruk zelfs kleiner dan een speldenknop.
“Dit zou een manier kunnen zijn om de behoefte aan dure, gespecialiseerde apparatuur, waaronder krachtige lasers met gevaarlijk stralingsrisico, te verminderen, terwijl ook duurzamere materialen worden gebruikt. Het belangrijkste polymeer is bijvoorbeeld gemaakt van goedkope elementaire zwavel, een industriële bijproduct, en ofwel cyclopentadieen ofwel dicyclopentadieen", zegt Matthew Flinders, hoogleraar scheikunde Justin Chalker, van de Flinders University.
"Onze studie maakte gebruik van een reeks lasers met discrete golflengten (532, 638 en 786 nm) en vermogens om een verscheidenheid aan oppervlaktemodificaties op de speciale polymeren aan te tonen, waaronder gecontroleerde zwelling of etsen via ablatie. De gemakkelijke synthese en lasermodificatie van deze foto's -gevoelige polymeersystemen werden benut in toepassingen zoals direct-write laserlithografie en wisbare informatieopslag", zegt Dr. Chalker van het Flinders University Institute for NanoScale Science and Engineering.
Zodra het laserlicht het oppervlak raakt, zal het polymeer opzwellen of een putje etsen om lijnen, gaten, punten en kanalen onmiddellijk te modelleren.
De ontdekking werd gedaan door Flinders University-onderzoeker en co-auteur Dr. Christopher Gibson tijdens wat werd beschouwd als een routineanalyse van een polymeer dat voor het eerst werd uitgevonden in het Chalker Lab in 2022 door Ph.D. kandidaat Samuel Tonkin en professor Chalker.
Dr. Gibson zegt:“Het nieuwe polymeer werd onmiddellijk gemodificeerd door lasers met een laag vermogen – een ongebruikelijke reactie die ik nog nooit eerder had waargenomen bij andere veel voorkomende polymeren. We maakten meteen bekend dat dit fenomeen nuttig zou kunnen zijn in een aantal toepassingen, dus we [bouwde] een onderzoeksproject rond de ontdekking."
-
Eerste auteur Ph.D. kandidaat mevrouw Abigail Mann naast de laser met laag vermogen, links, ANFF-spectroscopist dr. Jason Gascooke en dr. Lynn Lisboa met het 'micro-Lisa'-laserbeeld weergegeven op een gewoon computerscherm. Credit:Flinders University -
Senior onderzoeker van de Flinders University, dr. Christopher Gibson, ontdekte dat een nieuw polymeer dat in 2022 in het Chalker Lab werd uitgevonden, onmiddellijk kon worden aangepast door zichtbaar laserlicht met laag vermogen. Credit:Flinders University
Nog een Flinders College of Science and Engineering Ph.D. kandidaat Abigail Mann leidde de volgende fase van het project en is de eerste auteur van het tijdschriftartikel.
"Het resultaat van deze inspanningen is een nieuwe technologie voor het genereren van precieze patronen op het polymeeroppervlak", zegt ze. "Het is spannend om nieuwe microfabricagetechnieken te ontwikkelen en toe te passen op op zwavel gebaseerde materialen. We hopen een breed scala aan toepassingen in de echte wereld te inspireren, in ons laboratorium en daarbuiten."
Mogelijke toepassingen zijn onder meer nieuwe benaderingen voor het opslaan van gegevens over polymeren, nieuwe patroonoppervlakken voor biomedische toepassingen en nieuwe manieren om apparaten op micro- en nanoschaal te maken voor elektronica, sensoren en microfluïdica.
Met steun van onderzoeksmedewerker Dr. Lynn Lisboa en Samuel Tonkin voerde het Flinders-team een gedetailleerde analyse uit van hoe de laser het polymeer modificeert en hoe het type en de omvang van de modificatie kunnen worden gecontroleerd.
Dr. Lisboa voegt hieraan toe:"De impact van deze ontdekking reikt veel verder dan het laboratorium, met potentieel gebruik in biomedische apparaten, elektronica, informatieopslag, microfluïdica en vele andere functionele materiaaltoepassingen.
Flinders-spectroscopist Dr. Jason Gascooke, van de Australian National Fabrication Facility (ANFF), werkte ook aan het project.