Mikro-skysčių prietaisų ir kalibracinių liniuočių formavimas femtosekundiniais lazerio impulsais

Technorama 2018

Autoriai: Orestas Ulčinas, Mindaugas Juodėnas, Ričardas Norkus

Vadovai: dr. lekt. Tomas Tamulevičius, dr. Egidijus Žukauskas

Aprašymas:

Lazerinis mikroapdirbimas ultratrumpais impulsais yra inovatyvus, lankstus tiesioginės litografijos metodas, leidžiantis sudaryti įvairias mikro ir nano matmenų struktūras, tokias, kaip optinių ar akustinių mikroskopų kalibraciniai blokai, mikroskystiniai prietaisai, mikroelektromechaninės sistemos ir t.t.

Šiame darbe pristatomi femtosekundiniu lazeriu aliuminio oksido keramikoje suformuoti akustinio mikroskopo kalibracinės liniuotės ir mikroskystinio prietaiso prototipai. Dažniausiai šių prietaisų gamybai naudojamos tradicinės litografijos technologijos, tačiau jos užima daug laiko, reikalinga brangi ir sudėtinga įranga. Norėdami praleisti įprastinius litografijos žingsnius: ėsdinimo kaukės užnešimas, rezisto užnešimas, kaukės rašto formavimas, ryškinimas, ėsdinimo kaukės formavimas, plazminis ėsdinimas, kurie paprastai atliekami „švaraus kambario“ sąlygomis, šį kartą prietaisų gamybai Al2O3 keramikoje buvo naudojama ultrasparti lezerinė mikroapdirbimo sistema „FemtoLAB“, kuri leido išsaugoti reikalingą matmenų tikslumą ir tuo pačiu sumažinti technologinius kaštus. “FemtoLAB” (Altechna R&D) sistema, kurioje naudojamas femtosekundinis Yb:KGW lazeris “Pharos” (Light Conversion), yra skirta greitam ir tiksliam 2D ir 3D mikrofabrikavimui. Trumpi femtosekundiniai impulsai (<260 fs) leidžia perduoti spinduliuotės energiją medžiagos paviršiui per labai trumpą laiką, todėl sumažėja šilumos paveikta zona. Šie didelės smailinės galios femtosekundiniai impulsai sudaro naujas galimybes lazerio ir medžiagos sąveikai: maža sąveikos zona, gera erdvinė skiriamoji geba, galimybė dirbti su daugeliu medžiagų ir t.t. Naudojant šią technologiją, brėžinio modelį ir paruoštą naudojimui prietaisą priklausomai nuo jo dydžio skiria nuo keliolikos minučių iki kelių valandų. Tai itin sparti prototipų gaminimo technologija (ang. Rapid Prototyping), kurią galima transformuoti ir į masinę produkciją.

Darbe pristatomas lazeriu pagamintas mikroskystinis prietaisas, skirtas itin mažų skysčio kiekių manipuliavimui. Mažiausi manipuliuojami kiekiai gali siekti nanolitrus ar net femtolitrus, o pačių prietaisų matmenys nuo mikrometrų iki centimetrų. Be mažų matmenų, pagrindinės tokių prietaisų ypatybės gali būti įvardintos kaip didelis našumas, mažos energijos sąnaudos, žema kaina. Mikroskystinės sistemos turi labai įvairų ir platų potencialių taikymų spektrą. Keletas sistemų ir procesų pavyzdžių galėtų būti rašalinių spausdintuvų galvutės, kraujo ląstelių rūšiavimo, cheminio sintetinimo, genetinės analizės, narkotikų patikros, elektrochromatografijos ir kt. taikymai. Labiausiai paplitusios medžiagos, kuriose formuojami mikroskystiniai prietaisai: polidimetilsiloksanas (PDMS), polimetilmetakrilatas (PMMA), kvarcinis stiklas.

Kitas sukurtas prototipas – akustinio mikroskopo kalibracinė liniuotė. Liniuotė – tai metrologiškai kalibruotas įrankis, skirtas mikroskopo skiriamosios gebos ir jo jautrumo įvertinimui. Kalibracinė liniuotė sudaryta iš žinomų linijinių matmenų lazerio pažeidimo sričių. Šių sričių matmenys – mikronų eilės. Metrologinė liniuotės patikra buvo atlikta naudojant skenuojantį elektronų (Quanta 200 FEG, FEI) ir optinį (Optika) mikroskopus bei profilometrą (TR200, Time Group).

Šių prietaisų realizacija naudojant ultraspartų lazerinį apdirbimą kietoje, sunkiai apdirbamoje Al2O3 medžiagoje, įrodo, kad šis vieno etapo litografijos metodas yra lankstus bei leidžiantis mikrometrinių matmenų struktūras perkelti į bet kokią pasirinktą medžiagą.

Trukmė:
2016 - 2016

We are using cookies to provide statistics that help us give you the best experience of our site. You can find out more or switch them off if you prefer. However, by continuing to use the site without changing settings, you are agreeing to our use of cookies.
Sutinku