La naturaleza es sin duda el mejor ingeniero biológico del mundo, cuyos diseños simples, exquisitos pero potentes han inspirado a los científicos e ingenieros a enfrentar los desafíos de las tecnologías durante siglos. Los científicos recientemente imitaron la estructura de la superficie del ojo de una polilla, una estructura única con un antirreflectantepropiedad, para desarrollar un material de grafeno altamente absorbente de luz. Esto es un avance en la tecnología de células solares. Las hojas de arroz y las alas de mariposa también tienen características únicas de superficie autolimpiante, que inspiran a los científicos a desarrollar nuevos materiales resistentes a la bioincrustación.Las estructuras de múltiples escalas, llamadas estructuras jerárquicas, han captado recientemente una amplia atención entre los científicos en diversas aplicaciones, tales como células solares, diodos emisores de luz LED, biomateriales y superficies antibacterianas.
Aunque ya existen varias técnicas para fabricar estructuras jerárquicas bioinspiradas, la mayoría de los métodos convencionales implican procesos complicados o requieren mucho tiempo y son de bajo costo para aplicaciones industriales. Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Ciencias de Changchuny Technology, China, han desarrollado un método novedoso para la fabricación rápida y sin máscara de estructuras jerárquicas bioinspiradas, utilizando una técnica llamada litografía de interferencia láser.
Específicamente, los investigadores usan el patrón de interferencia de los láseres de tres y cuatro haces para fabricar estructuras de superficie multiescala ordenadas en sustratos de silicio, con el patrón de estructuras jerárquicas controlables ajustando los parámetros de la luz incidente. De acuerdo con lo teóricoy análisis por computadora, los investigadores han demostrado experimentalmente el potencial de la técnica novedosa en la fabricación 3D de micro y nanoestructuras en grandes áreas, bajo costo y alto volumen. Esta semana en la revista óptica aplicada , de The Optical Society OSA, los investigadores describen el trabajo.
"Presentamos un método flexible y directo para fabricar estructuras 3D multiescala ordenadas usando litografía de interferencia de tres y cuatro haces", dijo Zuobin Wang, autor principal y profesor del Centro Internacional de Investigación para la Manipulación y Fabricación de Nano de Chinaen la Universidad de Ciencia y Tecnología de Changchun, China. "En comparación con otras tecnologías de diseño, nuestro método es simple y eficiente en términos de obtención de estructuras jerárquicas bioinspiradas".
Wang mencionó que para ciertas estructuras de superficie complicadas, las técnicas convencionales, como la litografía con haz de electrones, pueden tomar varias horas o un día para fabricar el patrón, mientras que el enfoque de interferencia láser solo toma varios minutos para generar la estructura, lo que hace que la técnica sea adecuada paraproducción industrial de alto volumen.
"La litografía de interferencia láser es una técnica de diseño sin máscara que utiliza los patrones de interferencia generados a partir de dos o varios rayos láser coherentes para fabricar patrones periódicos de micro y nanómetros en áreas extensas", dijo Wang. A diferencia de las técnicas de diseño convencionales como la litografía de haz de electrones, elLa técnica de interferencia láser permite fabricar toda la superficie del sustrato con una sola exposición o litografía de un solo paso.
Por ejemplo, en el experimento de Wang, la estructura multidimensional unidimensional, es decir, la disposición orientada unidimensional con las ranuras sinusoidales cubiertas con estructuras periódicas en forma de línea se fabricó exponiendo el sustrato de silicio a tres o cuatro haces interferidospor una vez. El patrón de superficie resultante, aunque está dispuesto en una dirección, tiene una estructura espacial tridimensional. Para obtener estructuras más complicadas, como estructuras multiescala orientadas en dos dimensiones, los investigadores simplemente giraron el sustrato 90 grados en el planoy aplicó segunda exposición láser a la superficie
"La litografía de interferencia láser es capaz de fabricar patrones estructurados homogéneos de micro y nanómetros sobre áreas de más de un metro cuadrado, lo que es imposible o requiere mucho tiempo o dinero para las técnicas convencionales", dijo Wang. Estas características hacen que la litografía de interferencia láser sea superior aotras técnicas en términos de eficiencia y producción de alto volumen.
Según Wang, su proceso experimental es simple: un rayo láser de alta potencia se dividió en tres o cuatro haces iguales, que luego fueron dirigidos por espejos para generar patrones de interferencia para fabricar las estructuras de la superficie. Los parámetros del láser, como el ángulo incidente yEl ángulo azimutal de cada haz se ajustó mediante divisores de haz y posiciones de espejo. Otros dispositivos ópticos, como placas de cuarto de onda y polarizadores, se utilizaron para seleccionar el modo de polarización y controlar la energía de los rayos láser.
"Los parámetros del haz láser se seleccionan de acuerdo con la estructura de superficie deseada y la distribución de energía de interferencia correspondiente calculada a partir de la simulación teórica. En otras palabras, las formas o patrones de las estructuras jerárquicas en nuestro método son controlables ajustando los parámetros de cada haz incidente,"Wang señaló.
Según Wang, la técnica propuesta podría usarse para fabricar dispositivos ópticos o médicos como células solares, recubrimientos antirreflectantes, superficies antibacterianas y autolimpiantes y articulaciones artificiales de cadera de larga duración.
El siguiente paso de los investigadores es desarrollar estructuras funcionales de superficie con propiedades controlables de humectabilidad, adhesión y reflectividad para aplicaciones ópticas, médicas y mecánicas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :