基于双光子聚合效应加工大深宽比纳米柱子和超构表面的研究

文章基于双光子聚合(TPP)效应,即双光子光刻(TPL)3D打印技术,实现了超衍射极限和高复杂结构的加工,实现了加工大深宽比的纳米柱子及由这些纳米柱子构成的超构表面。本文研究了不同TPP工艺参数对IP-Dip光刻胶微结构尺寸的影响,同时对这些参数进行了优化。文章的创新在以下两点:(1)分析了不同激光参数下纳米柱的尺寸变化,同时找出线宽最小对应的阈值参数来制备大深宽比的纳米结构。(2)对于加工步骤的优化,在显影步骤后加入了紫外灯固化和超临界二氧化碳干燥等步骤,以保证加工出的纳米结构不倒塌且具有良好的稳定性。文章使用以上改良技术,稳定的制备出具有最大深宽比接近15∶1、最小线宽214.80nm的矩形纳米柱,以及最大深宽比接近20∶1、最小直径145.44nm的圆形纳米柱,并且将制备出的大高宽比纳米柱应用在超构表面的加工中。

利用双光子聚合技术制备的聚合物型光栅光波导和耦合光栅

Two ternary materials systems, which comprise two-photon initiators, oligomer and poly(methyl methacrylate), were prepared. A polymeric waveguide film was manufactured by spinning the materials on ITO, and the two-photon initiated photopolymerization(TPIP) was carried out successfully in the waveguide film. Consequently, an approach using TPIP is demonstrated for fabrication of grating in a thin polymeric film possessing waveguide properties. The results show that the resulted grating can manipulate and couple light.

飞秒激光双光子聚合方法加工图案化微透镜及其成像测试

为改善以往图案化透镜加工工艺复杂、制造技术昂贵、图案设计方面有限制等缺点,本文将飞秒激光双光子聚合加工技术应用于图案化微透镜的快速、高精度加工。通过球面波因子的变形设计了不同图案的微透镜,利用飞秒激光双光子聚合加工技术在光刻胶样品中加工出图案化的微透镜,然后将光刻胶样品置于显影液中去除未聚合部分,得到图案化微透镜,最后对图案化微透镜进行成像测试和光强均一化分析。将LED光源分别置于不同图案微透镜的下方,光线透过图案化微透镜成功聚焦出光强一致的焦点图案。实验结果表明,使用飞秒激光双光子聚合加工可以实现灵活可控的3D图案化微透镜结构的加工,采用加工功率为7 mW,曝光时间为2 ms,扫描xy步距为0.5μm,z步距为0.8~1.5μm,不仅保证了微透镜结构表面光滑,而且实现了微透镜的快速加工。该技术在加工光学超材料、光学微器件、集成光学器件等方面具有广阔的应用前景。

两种新型咔唑类双光子光聚合引发剂的合成与光学性质(英文)

报道了两种新型的咔唑类双光子光聚合引发剂,3,6-双[2-(4-吡啶基)乙烯基]-9-苯基咔唑(1)和3,6-双[2-(2-吡啶基)乙烯基]-9-苯基咔唑(2),它们是通过钯催化的Heck偶连反应合成得到,并用元素分析,红外光谱,核磁共振氢谱和电喷雾电离质谱等对它们进行了全面的表征。这两个A-π-D-π-A结构的咔唑衍生物具有很好的单光子和双光子荧光行为,我们也详细研究了它们的溶剂效应和作为双光子引发剂用于微结构的制备,并讨论了它们的引发聚合的机理。

双光子光聚合技术及其研究进展

本文对双光子光聚合技术进行了比较全面系统的综述,主要介绍了双光子光聚合的基本原理,国内外双光子光聚合光敏引发体系和具有大的双光子吸收截面有机分子的研究现状以及双光子光聚合技术的潜在应用领域.

双光子聚合3D打印

3D打印是一种快速成型的增材制造技术。光固化立体印刷(SLA)是技术较成熟和应用较广的一种3D打印技术。SLA是采用紫外激光的单光子聚合过程,其加工分辨率受经典光学衍射极限的限制,难以满足分辨率高的微纳结构的加工。不同于SLA,利用近红外波长飞秒激光的双光子聚合3D打印技术可以突破经典光学衍射的限制,制造分辨率高的纳米尺度任意形状三维结构。本文将介绍双光子吸收和双光子聚合的原理、双光子聚合的发展和双光子聚合3D打印技术的应用,最后对该技术的发展进行展望。

双光子光聚合与功能微纳结构制备

随着纳米光电子学及生物医学组织工程领域的发展,器件的小型化、结构多样化及高度集成化,给微纳结构与器件制造领域带来了新的挑战。本文围绕飞秒激光双光子聚合技术,简要综述了双光子光聚合基本原理与双光子引发剂分子的研究进展,并对飞秒激光双光子聚合技术在功能微纳结构与器件制备中的应用及发展前景进行了展望。

双光子聚合引发剂BVPDA的合成、结构及非线性光学性质

合成了双光子聚合引发剂 {4 -[2 -(4 -溴苯基 ) -乙烯基 ]苯基 }-二苯基胺 (BVPDA) ,并测定了其晶体结构 .结果表明 ,BVPDA为三斜晶系 ,P1空间群 ,a=1 .0 83 4(3 ) nm,b=1 .5 62 5 (2 ) nm,c=1 .9640 (2 )nm,α=92 .80 7(8)°,β=1 0 3 .647(1 0 )°,γ=1 0 6.676(1 3 )°,V=3 .0 70 5 (1 0 ) nm3,Z=6,T=2 93 (2 ) K,Dc=1 .3 83 g/cm3,R1 =0 .0 73 5 ,w R=0 .1 0 63 .用 1 H NMR谱、 1 3C NMR谱及元素分析进行了表征 .测试了紫外吸收光谱、单光子荧光光谱、单光子荧光寿命和双光子荧光光谱 .在 760 nm的飞秒脉冲激光激发下 ,BVP-DA 发出较强的上转换荧光 ,荧光峰位于 462 nm.以 BVPDA作引发剂 ,加入丙烯酸酯型齐聚物(CN1 2 0 C80 ) ,用 Ti∶ sapphire飞秒激光器作光源 ,制作了一个三维周期性微结构 .

双光子聚合引发剂DBASDMB的结构与光学性能的研究

制备了一种双光子聚合引发剂,反,反-1,4-双(4-’N,N-二丁胺基苯乙烯)-2,5-二甲氧基苯(DBASDMB),利用挥发溶剂法首次获得该化合物的晶体,用四圆X射线衍射法解析了晶体结构。结果表明,该晶体属于三斜晶系,P-1空间群;同时证明引发剂分子是具有很好对称性和平面性的全反式结构。仔细研究了该化合物在不同溶剂下的线性吸收光谱和单、双光子荧光谱,并在同一条件下对其单、双光子光谱进行了比较。在760nm的飞秒脉冲激光辐照下,DBASDMB能够高效地引发聚氨酯类丙烯酸酯齐聚物的聚合反应,成功地制作了一个微结构。

周期渐变型准金刚石结构光子晶体的双光子聚合纳米加工技术

利用双光子聚合加工技术在低折射率材料中制备了具有宽带隙的光子晶体结构,通过递推方式获得晶格常数的最佳变化条件。通过透射及反射谱测量及时域有限差分方法证实了周期渐变的准金刚石结构的带隙展宽现象,该结果表明三维光子晶体带隙展宽可由不同晶格常数的结构叠加形成。

硅聚合物非谐振双光子反应的实验

利用非谐振双光子激发方法 ,研究硅聚合物的光反应特性 .结果表明 ,硅聚合物的双光子光反应具有与单光子光反应不同的反应特性 。

双光子吸收聚合引发剂EPVPVC的合成和非线性光学性质的研究

合成了一个新的双光子吸收聚合引发剂 ,9 乙基 3 {2 [4 ( 2 吡啶基 4 乙烯基 ) 苯基 ] 乙烯基 } 9氢咔唑 (EPVPVC) ,用1HNMR谱、13 CNMR谱和元素分析进行了表征 .测试了紫外吸收光谱、单光子荧光光谱、单光子荧光寿命、单光子荧光量子产率和双光子荧光光谱 .量化计算结果表明 ,EPVPVC的双光子吸收截面为 5 6 6× 10 -50 cm4·s·photon-1.在 780nm的飞秒脉冲激光激发下 ,EPVPVC发出较强的上转换荧光 ,荧光峰位于 5 3 6nm .用EPVPVC做引发剂 ,加入丙烯酸酯型齐聚物(CN12 0C80 ) ,在脉冲宽度为 2 0 0fs ,重复频率为 76MHz ,中心波长为 780nm飞秒脉冲激光下 ,制作了一个三维周期性微结构 .在理论计算的基础上 。

含咔唑基的双光子引发剂光聚合制备微器件

设计并合成了一种带咔唑基的二苯乙烯类双光子引发剂4,4′-双(9-咔唑基-反式-苯乙烯基)联苯(BCSBP),对其单光子和双光子光谱性质进行了研究。在800nm的飞秒激光光源作用下,BCSBP的双光子吸收截面高达483GM。利用BCSBP作为双光子引发剂诱导多官能度单体季戊四醇三丙烯酸酯进行光聚合,得到了亚微米级空间分辨率的聚合物线条,并制备了三维聚合物微器件。

双光子聚合微加工高精密度PEG水凝胶的研究

高精密度的水凝胶微结构有利于更好地模拟生物体内微环境,双光子聚合微加工有望加工出任意形貌的高精密度水凝胶微结构.为了改善微结构的刚性,调节光刻胶的成分,加工了3种不同种类的微结构,优化后的光刻胶用于后续微结构的加工,研究了正加工和倒加工的差异.进一步研究了激光扫描速度对加工时间的影响.结果表明,适当提高聚合物刚性、采用倒加工以及适当提高扫描速度可以高效地加工出高精密度的水凝胶微结构.

新型双光子聚合引发剂的合成和非线性光学性质的研究

合成了两种新的双光子聚合引发剂:反式-二苯基-{{4-[2-(4-吡咯基-1-苯基)-乙烯基]-苯基}胺(简称DPVPA)和反式-9-{4-[2-(4-吡咯基-1-苯基)-乙烯基]-苯基]-9-氢咔唑(简称PPVPA).用1H NMR谱和元素分析进行了表征.测试了紫外吸收光谱、单光子荧光光谱、单光子荧光寿命和双光子荧光光谱.在760 nm的飞秒脉冲激光激发下,DPVPA和PPVPA均发出较强的上转换荧光,荧光峰分别位于468和452 nm.以DPVPA做引发剂,加入丙烯酸酯型齐聚物(CN120C80),用DATACHROOM-5000纳秒激光器辐射出600nm的激光做光源,实现了双光子聚合反应,并定性地解释了其聚合机理.

含二乙氨基苯基三取代结构双光子聚合引发剂的合成

合成了一种新型三取代结构的双光子聚合引发剂1,3,5-三[4-(N,N-二乙氨基)苯基]乙烯基]苯基]苯(4),通过元素分析、电喷雾质谱、1 H NMR和红外谱对其进行表征。测试了紫外吸收光谱、单光子荧光光谱和双光子荧光光谱,并测出其双光子吸收截面为9.87×10-48cm4.s/photon。利用合成的1,3,5-三[4-(N,N-二乙氨基)苯基]乙烯基]苯基]苯作双光子聚合引发剂,以甲基丙烯酸甲酯齐聚物作单体(CN120C80),200fs,76MHz、Ti:sapphire飞秒激光器作光源,进行了三维周期微结构的制作。所合成化合物是潜在应用前景的双光子吸收材料。

利用电子自旋共振技术捕捉烯类单体双光子聚合反应的自由基信号

自1999年烯类单体的双光子聚合方法被发现以来[1],其产物在光开关制备[2]、光子晶体[3]、微机械[4]及三维微加工[5]等领域得到了广泛的应用.由此,烯类双光子聚合机理也成为人们研究的焦点[6].到目前为止,研究者们普遍认为烯类单体的双光子聚合反应属于自由基历程,

水溶性荧光聚合物纳米粒的制备及双光子成像

报道了一种能用于活细胞双光子荧光（ TPF）成像的水溶性聚合物纳米粒。首先以含双羧基的萘酰亚胺作为交联剂和荧光标记试剂，通过对聚乙烯亚胺发生交联反应制备纳米粒子，然后对其结构形态、单双光子荧光性能及细胞毒性进行测试。结果表明，获得的纳米粒为球形，粒径为5~10 nm；以443或800 nm为激发波长，荧光发射波长均为536 nm；在pH 4.0~9.0范围内，其荧光无明显变化；在pH 7.4的溶液中和激发光为443 nm 的条件下，对其连续测定1.2万次后荧光强度变化不超过1%，说明其酸碱稳定性和光稳定性较好；浓度在15 mg/L以下及与细胞作用时间在24 h以内细胞毒性较低。最后，用双光子共聚焦荧光显微镜观察了其在 Hela 细胞中的 TPF 成像性能。将Hela细胞与纳米粒共同孵育2 h后，在800 nm激光激发下，在细胞中可观察到其绿色荧光。此纳米粒可望用于靶向性双光子荧光成像探针的开发。

双光子聚合加工系统的误差建模及辨识

双光子聚合加工技术可实现大面积超材料快速结构化加工,双光子聚合加工系统中存在的误差是影响加工精度的重要因素之一。系统误差的来源以及系统误差的辨识分析是实现误差补偿,提高加工精度的重要前提。为了研究加工系统的各个组成部分的误差项及系统误差的主要来源,对系统误差进行辨识分析,从而建立双光子聚合加工系统的误差模型,并搭建实验测量系统,对微动台的几何误差进行测量,包括定位误差与直线度误差,然后采用改进九线辨识法对其它几何参数进行辨识,得到了加工系统的各项几何误差参数。对加工系统的误差项及其主要来源分析,可知系统的几何误差对加工精度的影响最大,同时对其误差参数进行辨识,对提高加工精度有重要意义。

可降解Gel-MA水凝胶双光子聚合加工技术研究

可降解甲基丙烯酰胺改性明胶(Gel-MA)具有良好的生物兼容性和可降解性,被广泛应用于生物支架、药物输送载体和软骨替代物等方面,在生物医疗领域具有极大的应用前景。分别将Gel-MA和苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰基亚磷酸锂(LAP)作为单体和光引发剂,合成了一种具有生物兼容性的可降解光刻胶,并改进了双光子聚合加工过程中的工艺流程,研究了激光功率和扫描速度对聚合线宽的影响关系,实现了80μm×80μm×20μm微型生物支架的双光子聚合加工,为双光子聚合加工生物兼容性可降解材料提供参考。