CZ305109B6 - Method of shaping 2D optical and metaoptical structures on a polymer surface - Google Patents

Method of shaping 2D optical and metaoptical structures on a polymer surface Download PDF

Info

Publication number
CZ305109B6
CZ305109B6 CZ2012-168A CZ2012168A CZ305109B6 CZ 305109 B6 CZ305109 B6 CZ 305109B6 CZ 2012168 A CZ2012168 A CZ 2012168A CZ 305109 B6 CZ305109 B6 CZ 305109B6
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
polymer
scanning
laser beam
thin
shaping
Prior art date
Application number
CZ2012-168A
Other languages
Czech (cs)
Other versions
CZ2012168A3 (en
Inventor
Oleksiy Lyutakov
Ivan Hüttel
Jiří Tůma
Václav Švorčík
Original Assignee
Vysoká škola chemicko-technologická v Praze
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vysoká škola chemicko-technologická v Praze filed Critical Vysoká škola chemicko-technologická v Praze
Priority to CZ2012-168A priority Critical patent/CZ305109B6/en
Publication of CZ2012168A3 publication Critical patent/CZ2012168A3/en
Publication of CZ305109B6 publication Critical patent/CZ305109B6/en

Links

Abstract

The method of shaping 2D polymer nanostructures of the present invention is characterized in that the polymer surface is exposed to a periodical thermal agitation of a focused and surface-scanning laser beam of a wavelength, which can be absorbed by the surface of the polymer used and with a power enabling exceeding yield point of the shaped polymer. In case of need, the absorption properties of the polymer can be adjusted by surface or volume donation with a suitable substance. For manufacture of more complex structures (for instance matrices for optical metamaterials), the preparation process is added with a simultaneous mechanical movement of the polymer surface in a plane perpendicular to the scanning laser beam in the direction of scanning and subsequently displaced by an angle within the range of 0.1 degree to 359.9 degrees relative to the original direction of scanning with the repeated scanning of the same point in the same plane.

Description

Oblast technikyTechnical field

Způsob 2D tvarování povrchu polymeru pro výrobu optických a metaoptických součástek (dále 2D) se týká výroby povrchově strukturovaných polymemích materiálů a zejména tenkých polymemích vrstev jako matric pro kompozitní optické metamateriály. Předpokládané aplikace jsou v oblasti zobrazovacích systémů pro senzory, rezonátorů pro nanofotoniku a dále pak zejména v oblasti hyperčoček poskytujících obrovské rozlišovací schopnosti a v neposlední řadě i v oblasti ovlivnění viditelnosti předmětů.The method of 2D molding a polymer surface for the production of optical and metaoptical components (hereinafter 2D) relates to the production of surface-structured polymeric materials and in particular thin polymer layers as matrices for composite optical metamaterials. Intended applications are in the field of imaging systems for sensors, resonators for nanophotonics and especially in the field of hyper-lenses providing huge resolution and last but not least also in the field of affecting the visibility of objects.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Pro formování polymemích struktur se využívá řady postupů. Nej známějším je optická litografie (L. Ellada, L. W. Shacklette IEEE J. Select. Topics Quan. Electron. 2000, 6, 54).A variety of techniques are used to form polymer structures. The best known is lithography (L. Ellada, L.W. Shacklette IEEE J. Select. Topics Quan. Electron. 2000, 6, 54).

Nevýhodou je difrakční omezení vyplývající z vlnové délky použitého záření. Dále je třeba k výrobě motivů selektivní leptání, které z principu omezuje jejich kvalitu. Metody schopné nahradit fotolitografii spočívají v expozici polymemí vrstvy elektronovým nebo iontovým svazkem. Takto lze dosáhnout rozměru řádově menších, tj. několik desítek nm. Pro praktické využití těchto postupů je nutné mimořádně složité vybavení s drahým a náročným provozem. Je značně omezena rychlost výroby tzv. průchodnost i plocha strukturovaných materiálů - řádově jen 100 pm x 100 pm. (U. K. Chettiar, A. V. Klidishev, Η. K. Yuan Optics Letters 2007, 32, 1671; C. Enkrich, F. Pérez-Willard, D. Gerthsen, Advanced Materials 2005, 17, 2547).The disadvantage is the diffraction limitation resulting from the wavelength of the radiation used. In addition, selective etching, which in principle limits their quality, is necessary to produce motifs. Methods capable of replacing photolithography include exposing the polymer layer to an electron or ion beam. In this way it is possible to achieve a dimension of the order of smaller order, ie several tens of nm. For the practical application of these procedures, extremely complicated equipment with expensive and demanding operation is required. The production speed of the so-called throughput and the surface area of structured materials is considerably limited - only 100 pm x 100 pm. (U. K. Chettiar, A. V. Klidishev, Η K. Yuan Optics Letters 2007, 32, 1671; C. Enkrich, F. Perez-Willard, D. Gerthsen, Advanced Materials 2005, 17, 2547).

Bylo proto navrženo několik dalších nestandardních postupů využívajících nestabilitu tenkých polymemích filmů způsobenou působením gradientu tepelného nebo elektrického pole (E. Schaffer, S. Harkema, M. Roerdink, R. Blossey, U. Steiner, Adv. Mater., 2003, 15, 514, E. Schaffer, T. Thum-Albrecht, T. P. Russell, U. Steiner, Nátuře, 2000, 403, 874).Several other non-standard processes have therefore been proposed utilizing the thermal or electric field gradient instability of thin polymer films (E. Schaffer, S. Harkema, M. Roerdink, R. Blossey, U. Steiner, Adv. Mater., 2003, 15, 514). , E. Schaffer, T. Thum-Albrecht, TP Russell, U. Steiner, Nature, 2000, 403, 874).

Gradient se zavádí pomocí horní strukturované masky. V místě nejvyššího gradientu dochází k největší nestabilitě a tvarování polymeru. Takto bylo připravené struktury s nanometrickými rozměry. Výroba potřebných masek vyžaduje elektronovou litografii i v tomto případě.The gradient is introduced using the upper structured mask. At the highest gradient site, the greatest instability and shaping of the polymer occurs. Thus, structures with nanometric dimensions were prepared. The production of the necessary masks also requires electron beam lithography.

Během posledních let byly vyvinuty další postupy; k nejznámějším patří lisování (molding), ražení (embossing), tisk (printing) (W. Wu., E. Kim, E. Ponizovskaya, Applied Physics A: Materials Science & Processing 2007, 87, 143; S. W. Pang, T. Tamamura, M. Nakao, J. Vac. Sci. Technol. B 1998, 16).Other procedures have been developed in recent years; the best known include molding, embossing, printing (W. Wu., E. Kim, E. Ponizovskaya, Applied Physics A: Materials Science & Processing 2007, 87, 143; SW Pang, T. Tamamura, M. Nakao, J. Vac. Sci. Technol. B 1998, 16).

Zmíněné postupy jsou však omezeny výrobou samotné raznice ale i molekulovou hmotností polymeru a jeho povrchovými vlastnostmi.However, these processes are limited by the production of the die itself, but also by the molecular weight of the polymer and its surface properties.

Pro polymery, které mají kovalentně navázané azo-skupiny byl prokázán i způsob formování pomocí expozice dvěma interferujícími svazky koherentního laserového záření. Takto byla tvarována prostorová periodická struktura, která odpovídala prostorovému rozložení intenzity koherentního světla. Toto tvarování polymeru souvisí s fotomigrací a fotoorientací azo-skupin (K. G. Yager, C. J. Barrett, Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 2001, 5, 487; C. Hubert, C. FioriniDebuisschert, 1. Maurin, J.-M. Nunzi, P. Raimond, Adv. Mater. 2002, 14, 729; K. Takada, Η. B. Sun, S. Kawata, Applied Physics Letters 2005, 86; F. Formanek, N. Takeyasu, T. Tanaka, Applied Physics Letters 2006, 88).For polymers having covalently bonded azo groups, the method of forming by exposure to two interfering beams of coherent laser radiation has also been shown. Thus, the spatial periodic structure was shaped to correspond to the spatial distribution of the coherent light intensity. This polymer shaping is associated with photomgration and photoorientation of azo groups (KG Yager, CJ Barrett, Curr. Opin. Solid State Mater. Sci. 2001, 5, 487; C. Hubert, C. FioriniDebuisschert, 1. Maurin, J.-M. Nunzi, P. Raimond, Adv. Mater., 2002, 14, 729, K. Takada, B. B. Sun, S. Kawata, Applied Physics Letters 2005, 86; F. Formanek, N. Takeyasu, T. Tanaka, Applied Physics Letters 2006, 88).

- 1 CZ 305109 B6- 1 GB 305109 B6

V některých posledních pracích bylo popsáno tvarování struktur i pomocí jednoho laserového svazku (C. Hubert, C. Fiorini-Debuisschert, I. Maurin, J.-M. Nunzi, P. Raimond, Adv. Mater. 2002, 14, 729).In some recent works, the formation of structures using a single laser beam has also been described (C. Hubert, C. Fiorini-Debuisschert, I. Maurin, J.-M. Nunzi, P. Raimond, Adv. Mater. 2002, 14, 729).

Při přípravě této struktury dochází k interferenci mezi dopadajícím paprskem a paprskem odraženým od spodní strany substrátu. Nevýhodou je, že tyto metody lze aplikovat jen na polymery typu azo-polymerů.In preparing this structure, interference occurs between the incident beam and the beam reflected from the underside of the substrate. The disadvantage is that these methods can only be applied to polymers of the azo-polymer type.

Dnes je značná pozornost věnována ještě dvěma technikám - přímému psaní elektronovým svazkem a rýhování zaostřeným iontovým svazkem (S. Griffith, M. Mondol. D. S. Kong, J. Vac. Sci. technol. B 2002, 14). U obou metod, které jsou velmi složité a časově náročné, dále vyvstává problém s použitím vhodných materiálů při vzorkování a depozici.Today, much attention is paid to two other techniques - direct electron beam writing and focusing by focused ion beam (S. Griffith, M. Mondol. D. S. Kong, J. Vac. Sci. Technol. B 2002, 14). Furthermore, both methods, which are very complex and time consuming, have the problem of using suitable materials in sampling and deposition.

V patentové přihlášce CZ PV 2009-656 byla popsána metoda modifikace polymemího povrchu skenujícím laserovým svazkem za současného mechanického pohybu vzorku. Tato metoda umožní tvarování povrchu různých polymerů s využitím teplotního gradientu působícím laserovým svazkem. Výhodou této metody je, že periodicita připravených struktur nezávisí na použití vlnové délce. Tato metoda je velmi jednoduchá, ale umožňuje přípravu jen ID struktur, v literatuře známých jako jednoduché difrakční mřížky.The patent application CZ PV 2009-656 describes a method of modifying a polymeric surface by scanning a laser beam while simultaneously moving the sample. This method will allow the shaping of the surface of various polymers using a temperature gradient applied by the laser beam. The advantage of this method is that the periodicity of the prepared structures does not depend on the use of wavelength. This method is very simple, but allows only ID structures, known in the literature as simple diffraction gratings, to be prepared.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob tvarování nanostruktumí dvojité difrakční mřížky v polymemí matrici vystavením povrchu polymeru nebo tenké polymemí vrstvy periodickému tepelnému působení fokusovaného a povrchově skenujícího laserového paprsku o vlnové délce shodné s vlnovou délkou, kterou je povrch použitého polymeru schopen maximálně absorbovat a s výkonem umožňujícím překročení teploty tečení tvarovaného polymeru, přičemž se povrch polymeru nebo tenké polymemí vrstvy na podložce pohybuje v rovině kolmé vůči skenujícímu laserovému paprsku a pohybuje se ve směru skenování nebo kolmo na směr skenování, spočívající v tom, že povrch polymeru nebo tenké polymemí vrstvy s vytvořenou strukturou se následně pootočí v rovině kolmé vůči skenujícímu laserovému paprsku o úhel v rozmezí 0,1° až 359,9° a podrobí se opět v témže místě periodickému tepelnému působení fokusovaného a povrchově skenujícího laserového paprsku, přičemž se povrch polymeru nebo tenké polymemí vrstvy na podložce pohybuje v rovině kolmé vůči skenujícímu laserovému paprsku a pohybuje se ve směru skenování nebo kolmo na směr skenování.These disadvantages are overcome by the method of shaping nanostructures of a double diffraction grating in a polymer matrix by exposing the surface of the polymer or thin polymer layer to a periodic heat treatment of a focused and surface-scanning laser beam of wavelength equal to the wavelength molded polymer, wherein the surface of the polymer or thin polymer layer on the substrate moves in a plane perpendicular to the scanning laser beam and moves in the scanning direction or perpendicular to the scanning direction, in that the surface of the polymer or thin polymer layer with the formed structure is subsequently rotated in a plane perpendicular to the scanning laser beam at an angle in the range of 0.1 ° to 359.9 ° and subjected again to the same periodic heat-focused and surface-scanned at the same place Whose laser beam, wherein the polymer surface or a thin polymeric layer on the substrate moves in a plane perpendicular to the laser beam skenujícímu and moves in the scanning direction or perpendicular to the scan direction.

Skenování polymeru nebo tenké polymemí vrstvy se znovu opakuje v témže místě ve zvoleném úhlu na primárně vytvořenou strukturu. Polymer nebo tenká polymemí vrstva je tak dvakrát modifikována v témže místě.The scanning of the polymer or thin polymer layer is repeated at the same location at the selected angle for the primary formed structure. Thus, the polymer or thin polymer layer is modified twice at the same site.

Pro vylepšení odezvy při následném skenování je možné na polymer nebo tenkou polymemí vrstvu napařit barvivo zvyšující absorpci laserového paprsku při dané vlnové délce. Navrženým způsobem lze tvarovat různé druhy polymerů, včetně polymerů s chemicky navázanými chromofory či fotorezisty, které opět zvyšují absorpci laserového paprsku při použité vlnové délce.To improve the response in subsequent scanning, it is possible to steam a dye enhancing the absorption of the laser beam at a given wavelength onto the polymer or thin polymer layer. Various types of polymers can be formed in the proposed manner, including polymers with chemically bonded chromophores or photoresists, which again increase the absorption of the laser beam at the wavelength used.

Tento způsob dovoluje vytváření 2D struktur. Je možné vytvořit soustavu bodů, děr nebo struktury tzv. rybářské sítě. Planámí symetrie těchto struktur může být změněna z pravoúhlých obrazců (čtverce a/nebo obdélníky) na kosoúhlé motivy (kosočtverce a/nebo kosoobdélníky).This method allows the creation of 2D structures. It is possible to create a system of points, holes or structures of the so-called fishing net. The linear symmetry of these structures can be changed from rectangular patterns (squares and / or rectangles) to rectangular motifs (rhombuses and / or rectangles).

Metoda byla upravena použitím technologického mezikroku depozice organického barviva vybraného ze skupin ftalocyaninů, porfýrinů, azo-barviv pro tvarování polymerů ze skupiny fotorezistů.The method was modified using the technological intermediate step of deposition of an organic dye selected from the group of phthalocyanines, porphyrins, azo dyes for shaping polymers of the photoresist group.

-2CZ 305109 B6-2GB 305109 B6

Struktury rybářské sítě je možné selektivně pokovit a získat tak mikrorezonátory a optické rezonátory, na nichž jsou založeny vlastnosti metamateriálů.The structures of the fishing net can be selectively plated to obtain microresonators and optical resonators on which the properties of metamaterials are based.

Způsobem podle vynálezu lze na povrchu polymeru připravit uspořádání dvou plynule se překrývajících mřížek odborně označované jako struktura rybářské sítě. Její parametry (periodicita, amplituda, druh symetrie) určuje míra dotace látkou absorbující laserové záření (0,01 až 10 hmotnostních procent barviva v polymeru), rychlost mechanického pohybu polymeru nebo polymemí vrstvy (0,01 až 100 pm/s), výkon lasem (0,1 až 1000 mW) a rychlost a způsob skenování (struktury pravoúhlé a/nebo kosoúhlé symetrie).By the method according to the invention, an arrangement of two continuously overlapping grids known as the fishing net structure can be prepared on the polymer surface. Its parameters (periodicity, amplitude, kind of symmetry) are determined by the rate of the laser absorbing substance (0.01 to 10% by weight of the dye in the polymer), the speed of mechanical movement of the polymer or polymer layer (0.01 to 100 pm / s), (0.1 to 1000 mW) and scan speed and method (rectangular and / or angular symmetry structures).

Zařízení pro přípravu 2D tvarovaných polymemích nanostruktur podle vynálezu sestává z pohyblivého stolku, na kterém je umístěn polymer nebo tenká polymemí vrstva s podložkou a zdroje laserového fokusovaného svazku, který umožňuje skenování po řádcích povrchu polymeru nebo tenké polymemí vrstvy, zaostřeným laserovým svazkem při současném pohybu stolku v rovině kolmé vůči skenujícímu laserovému paprsku.The device for preparing 2D molded polymer nanostructures according to the invention consists of a movable stage on which a polymer or thin polymer layer with a support is placed and a laser focused beam source that allows scanning along the rows of the polymer or thin polymer layer with the laser beam in focus. in a plane perpendicular to the scanning laser beam.

Způsob 2D tvarování povrchu polymerů nebo polymemích tenkých vrstev v oblasti nanorozměrů podle vynálezu je jednoduchý a levný. V průběhu přípravy struktury rybářské sítě a dalších struktur lze jednoduchou změnou směru pohybu, rychlosti pohybu, výkonu laseru plynule měnit jejich geometrické, optické, povrchové a materiálové parametry.The method of 2D shaping the surface of the polymers or polymeric thin films in the nanoscale region of the invention is simple and inexpensive. During the preparation of the fishing net structure and other structures, their geometrical, optical, surface and material parameters can be changed continuously by simply changing the direction of movement, speed of movement, and laser power.

Novost řešení spočívá v periodickém ohřevu povrchu polymeru nad teplotu tečení Tf při současném mechanickém pohybu polymeru s možností překryvu vytvořených dílčích struktur. Tento levný technologický způsob doplněný o selektivní stínové napaření stříbra je využitelný pro výrobu optických metamateriálů s možností operativně měnit periodicitu a amplitudu struktur.The novelty of the solution consists in periodic heating of the polymer surface above the pour point Tf, while mechanical movement of the polymer with an overlap formed substructures. This inexpensive technological method, supplemented by selective shadow vapor deposition of silver, is useful for the production of optical metamaterials with the possibility of operatively changing the periodicity and amplitude of structures.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Obr. la znázorňuje uspořádání tenké polymemí vrstvy 1 dotované porfyrinem nanesené na podložce 2.Giant. 1a shows an arrangement of a thin polymeric layer 1 doped with porphyrin deposited on a support 2.

Obr. lb znázorňuje totéž uspořádání po aplikaci laserového svazku.Giant. 1b shows the same arrangement after application of the laser beam.

Obr. lc znázorňuje totéž uspořádání po aplikaci laserového svazku se současným pohybem stolku 4 ve zvoleném směru.Giant. 1c shows the same arrangement after application of the laser beam with simultaneous movement of the stage 4 in a selected direction.

Obr. Id znázorňuje vytvarovanou mřížku potočenou 5 o úhel v rozmezí 0,1° až 359,9°.Giant. 1d shows a shaped grid rotated 5 by an angle in the range of 0.1 ° to 359.9 °.

Obr. le znázorňuje zopakování kroku a-c s vytvořením struktury rybářské sítě.Giant. 1e illustrates repeating steps a-c to form a fishing net structure.

Obr. 2a, 2b, 2c a 2d znázorňuje vytvarované struktury rybářské sítě podle příkladu 1 až 7.Giant. 2a, 2b, 2c and 2d show the shaped structures of a fishing net according to Examples 1 to 7.

Vynález je blíže objasněn na příkladech konkrétního provedení:The invention is illustrated by the following examples:

Příklady uskutečnění vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Příklad 1Example 1

Na odstřeďovacím zařízení při 1500 otáčkách byla připravena vrstva polymethymethakrylátu (PMMA) ze 7% roztoku polymeru v 1,2-dichlorethanu objemově dotovaného porfyrinem (mesotetrafenylporfyrin) o výsledné tloušťce filmu 5000 nm. Porfyrin je látka s vysoce účinnou absorpcí světla na vlnové délce ca 400 nm. Dále byla polymemí vrstva vystavena periodickémuA layer of polymethymethacrylate (PMMA) from a 7% polymer solution in 1,2-dichloroethane, doped with porphyrin (mesotetrafenylporphyrin), with a final film thickness of 5000 nm was prepared on a centrifuge at 1500 rpm. Porphyrin is a substance with high efficiency light absorption at a wavelength of ca 400 nm. Further, the polymer layer was exposed periodically

-3 CZ 305109 B6 tepelnému působení fokusovaného a povrchově skenovaného laserového svazku s výkonem 400 pW a současnému mechanickému pohybu polymemí vrstvy ve směru skenování (2 pm/s). V dalším kroku byla podložka s první částí požadované struktury na polymemí vrstvě pootočena o 90° a skenování bylo zopakováno s výkonem 400 pW při současném mechanickém pohybu polymemí vrstvy ve směru skenování (2 pm/s). Takto byly připraveny struktury rybářské sítě s periodicitou 1,5 pm a amplitudou 0,5 pm (obr. 2a,c,d).The thermal action of a focused and surface-scanned laser beam having a power of 400 pW and simultaneous mechanical movement of the polymer layer in the scanning direction (2 pm / s). In the next step, the substrate with the first portion of the desired structure on the polymer layer was rotated 90 ° and the scan was repeated at 400 pW while simultaneously moving the polymer layer in the scanning direction (2 µm / s). Thus, fishing net structures were prepared with a periodicity of 1.5 µm and an amplitude of 0.5 µm (Fig. 2a, c, d).

Příklad 2Example 2

Experimentální uspořádání a příprava vzorku byly stejné jako v příkladu 1. Měnila se rychlost mechanického pohybu. Periodicita připravené struktury byla úměrná rychlosti pohybu. Tímto způsobem byla dosažena periodicita od 700 nm do 2 pm. Bylo možné měnit periodicitu bezprostředně během přípravy a tak realizovat i prostorově modulovanou strukturu rybářské sítě se čtvercovým a/nebo obdélníkovým vzorem.The experimental setup and sample preparation were the same as in Example 1. The rate of mechanical movement was varied. The periodicity of the prepared structure was proportional to the speed of movement. In this way, a periodicity of from 700 nm to 2 µm was achieved. It was possible to change the periodicity immediately during preparation and thus to realize the spatially modulated structure of the fishing net with a square and / or rectangular pattern.

Příklad 3Example 3

Experimentální uspořádání a příprava vzorku byly stejné jako v příkladu 1. Měnila se koncentrace roztoku porfýrinu od 2 do 4 % a tím množství absorbující látky na povrchu polymeru. Tímto způsobem byla ovlivněna především amplituda připravených struktur rybářských sítí od 100 nm do 1 pm.The experimental setup and sample preparation were the same as in Example 1. The concentration of the porphyrin solution was varied from 2 to 4% and thus the amount of absorbing substance on the polymer surface. In particular, the amplitude of the prepared fishing net structures from 100 nm to 1 µm was affected in this way.

Příklad 4Example 4

Experimentální uspořádání a příprava vzorku byly stejné jako v příkladu 1. Výkon laseru se měnil od 250 do 500 pW. Tímto způsobem bylo možné bezprostředně během přípravy měnit amplitudu jednotlivých částí rybářských sítí od 100 nm do 1 pm.The experimental setup and sample preparation were the same as in Example 1. The laser power varied from 250 to 500 pW. In this way it was possible to vary the amplitude of the individual parts of the fishing nets from 100 nm to 1 µm immediately during preparation.

Příklad 5Example 5

Experimentální uspořádání a příprava vzorku byly stejné jako v příkladu 1. V dalším kroku byla podložka s první částí požadované struktury na polymemí vrstvě pootočena o 45° a skenování při mírně nižším výkonu bylo zopakováno při současném mechanickém pohybu polymemí vrstvy ve směru skenování. Takto byly připraveny struktury rybářské sítě s kosoúhlou symetrií s periodicitou 0,7 až 2 pm a amplitudou 0,3 až 1 pm.The experimental setup and sample preparation were the same as in Example 1. In the next step, the washer with the first part of the desired structure on the polymer layer was rotated by 45 ° and the scanning at slightly lower power was repeated while simultaneously moving the polymer layer in the scanning direction. Thus, angular symmetry fishing net structures were prepared with a periodicity of 0.7 to 2 µm and an amplitude of 0.3 to 1 µm.

Příklad 6Example 6

Na odstřeďovacím zařízení při 1500 otáčkách byla připravena vrstva polymethymethakrylátu (PMMA) ze 7% roztoku polymeru v 1,2-dichlorethanu (tloušťka filmu 5000 nm). Poríýrin byl následně na vrstvu polymeru vakuově napařen (v tloušťce ca 50 nm). Poríýrin je látka s vysoce účinnou absorpcí světla na vlnové délce ca 400 nm. Dále byla polymemí vrstva vystavena periodickému tepelnému působení fokusovaného a povrchově skenovaného laserového svazku s výkonem 250 až 500 pW a současnému mechanickému pohybu polymemí vrstvy ve směru skenování. V dalším kroku byla podložka s první částí požadované struktury na polymemí vrstvě pootočena o 90° a skenování při mírně nižším výkonu bylo zopakováno při současném mechanickém pohybu polymemí vrstvy ve směru skenování. Takto byly připraveny struktury rybářské sítě s periodicitou 0,7 až 2 pm a amplitudou 0,3 až 1 pm (obr. 2b).A polymethymethacrylate (PMMA) layer of 7% polymer in 1,2-dichloroethane (film thickness 5000 nm) was prepared on a centrifuge at 1500 rpm. Porphyrin was then vacuum-vaporized (at a thickness of about 50 nm) onto the polymer layer. Porphyrin is a substance with high efficiency light absorption at a wavelength of ca 400 nm. Further, the polymer layer was subjected to a periodic heat treatment of a focused and surface-scanned laser beam having a power of 250 to 500 pW and simultaneously mechanical movement of the polymer layer in the scanning direction. In the next step, the washer with the first portion of the desired structure on the polymer layer was rotated 90 ° and the scanning at slightly lower power was repeated while simultaneously moving the polymer layer in the scanning direction. Thus, fishing net structures were prepared with a periodicity of 0.7 to 2 µm and an amplitude of 0.3 to 1 µm (Fig. 2b).

-4CZ 305109 B6-4GB 305109 B6

Příklad 7Example 7

Experimentální uspořádání a příprava vzorku byly stejné jako v příkladu 1. Následovalo vakuové napaření porfyrinu na již vytvořenou strukturu (v tloušťce ca 50 nm). V dalším kroku byla podložka s první částí požadované struktury na polymemí vrstvě pootočena o 90° a skenování při mírně nižším výkonu bylo zopakováno při současném mechanickém pohybu polymemí vrstvy ve směru skenování. Takto byly připraveny struktury rybářské sítě s periodicitou 0,7 až 2 pm a amplitudou 0,3 až 1 pm (obr. 2a,c,d).The experimental setup and sample preparation were the same as in Example 1. Vacuum vapor deposition of the porphyrin to the already formed structure (at a thickness of about 50 nm) followed. In the next step, the pad with the first part of the desired structure on the polymer layer was rotated 90 ° and the scanning at slightly lower power was repeated while simultaneously moving the polymer layer in the scanning direction. Thus, fishing net structures were prepared with a periodicity of 0.7 to 2 µm and an amplitude of 0.3 to 1 µm (Fig. 2a, c, d).

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Vynález je využitelný pro výrobu povrchově strukturovaných polymemích materiálů a zejména tenkých polymemích vrstev. Předpokládané aplikace jsou ve výrobě v oblasti zobrazovacích systémů pro senzory, optických metamateriálů, rezonátorů pro nanofotoniku, dále pak zejména v oblasti hyperčoček poskytujících obrovské rozlišovací schopnosti a v neposlední řadě i v oblasti ovlivnění viditelnosti předmětů.The invention is applicable to the production of surface-structured polymeric materials and especially thin polymeric layers. Intended applications are in the field of imaging systems for sensors, optical metamaterials, resonators for nanophotonics, especially in the field of hyper-lenses providing huge resolution and last but not least in the field of visibility of objects.

PATENTOVÉ NÁROKYPATENT CLAIMS

Claims (7)

1. Způsob tvarování nanostruktumí dvojité difrakční mřížky v polymemí matrici vystavením polymeru nebo tenké polymemí vrstvy periodickému tepelnému působení fokusovaného a povrchově skenujícího laserového paprsku o vlnové délce shodné s vlnovou délkou, kterou je povrch použitého polymeru schopen maximálně absorbovat a s výkonem umožňujícím překročení teploty tečení tvarovaného polymeru, přičemž se povrch polymeru nebo tenké polymemí vrstvy na podložce pohybuje v rovině kolmé vůči skenujícímu laserovému paprsku a pohybuje se ve směru skenování nebo kolmo na směr skenování, vyznačující se tím, že povrch polymeru nebo tenké polymemí vrstvy s vytvořenou strukturou se následně pootočí v rovině kolmé vůči skenujícímu laserovému paprsku o úhel v rozmezí 0,1° až 359,9° a podrobí se opět v témže místě periodickému tepelnému působení fokusovaného a povrchově skenujícího laserového paprsku, přičemž se povrch polymeru nebo tenké polymemí vrstvy na podložce pohybuje v rovině kolmé vůči skenujícímu laserovému paprsku a pohybuje se ve směru skenování nebo kolmo na směr skenování.1. A method for shaping double diffraction grating nanostructures in a polymer matrix by exposing the polymer or thin polymer layer to a periodic heat treatment of a focused and surface-scanning laser beam of a wavelength equal to the wavelength that the surface of the polymer used is capable of absorbing. wherein the surface of the polymer or thin polymer layer on the support moves in a plane perpendicular to the scanning laser beam and moves in the scanning direction or perpendicular to the scanning direction, characterized in that the surface of the polymer or thin polymer layer with the formed structure is subsequently rotated in the plane perpendicular to the scanning laser beam at an angle in the range of 0.1 ° to 359.9 ° and again subjected at the same point to the periodic heat treatment of the focused and surface scanning laser beam, wherein the surface of the polymer or thin polymer layer on the substrate is moved in a plane perpendicular to the scanning laser beam and moved in a scanning direction or perpendicular to the scanning direction. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se skenování povrchu polymeru nebo tenké polymemí vrstvy znovu opakuje v témže místě ve zvoleném úhlu na primárně vytvořenou strukturu a/nebo po otočení o úhel v rozmezí 0,1° až 359,9°.Method according to claim 1, characterized in that the scanning of the surface of the polymer or thin polymer layer is repeated at the same location at a selected angle to the primary formed structure and / or after rotation by an angle in the range of 0.1 ° to 359.9 ° . 3. Způsob podle nároků la2, vyznačující se tím, že se polymer nebo tenká vrstva polymeru, pokud polymer sám neabsorbuje laserové záření, před tvarováním dotuje látkou absorbující laserové záření.Method according to claims 1 and 2, characterized in that the polymer or the polymer thin film, if the polymer itself does not absorb the laser radiation, is doped with a laser absorbing substance before shaping. 4. Způsob podle nároků la2, vyznačující se tím, že se před tvarováním na povrch polymeru nebo na povrch tenké vrstvy polymeru, pokud polymer sám neabsorbuje laserové záření, deponuje vrstva látky absorbující laserové záření.Method according to claims 1 and 2, characterized in that a layer of laser-absorbing substance is deposited prior to shaping on the surface of the polymer or on the surface of the polymer thin film, unless the polymer itself absorbs laser radiation. 5. Způsob podle nároků 3a 4, vyznačující se tím, že látkou absorbující laserové záření jsou chromofory vybrané ze skupiny látek tvořené poríyriny, nitro-, nitroso-, nebo karbonylovými.Method according to claims 3 and 4, characterized in that the laser-absorbing substance is chromophores selected from the group consisting of porphyrins, nitro-, nitroso-, or carbonyl. -5CZ 305109 B6-5GB 305109 B6 6. Způsob podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že vzniklá struktura je po otočení o úhel v rozmezí 0,1° až 359,9° opětovně skenována na stejném místě v téže rovině s mezikrokem depozice barviva a/nebo změnou aplikované intenzity laserového svazku za vzniku struktury rybářské sítě a/nebo složitějších povrchových struktur.Method according to claims 1 to 4, characterized in that the resulting structure, after being rotated through an angle of 0.1 ° to 359.9 °, is re-scanned at the same location in the same plane with the intermediate step of dye deposition and / or variation in applied intensity laser beam to form a fishing net structure and / or more complex surface structures. 7. Způsob podle předcházejících nároků, vyznačující se tím, že vzniklé struktury se selektivně pokoví.Method according to the preceding claims, characterized in that the resulting structures are selectively metallized.
CZ2012-168A 2012-03-09 2012-03-09 Method of shaping 2D optical and metaoptical structures on a polymer surface CZ305109B6 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2012-168A CZ305109B6 (en) 2012-03-09 2012-03-09 Method of shaping 2D optical and metaoptical structures on a polymer surface

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2012-168A CZ305109B6 (en) 2012-03-09 2012-03-09 Method of shaping 2D optical and metaoptical structures on a polymer surface

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ2012168A3 CZ2012168A3 (en) 2013-10-09
CZ305109B6 true CZ305109B6 (en) 2015-05-06

Family

ID=49289752

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2012-168A CZ305109B6 (en) 2012-03-09 2012-03-09 Method of shaping 2D optical and metaoptical structures on a polymer surface

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ305109B6 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ201571A3 (en) * 2015-02-04 2016-09-29 Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Three-dimensional shaping method of composite metaoptical structures on polymer surface

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CS275001B2 (en) * 1989-06-14 1991-12-17 Vysoka Skola Chem Tech Method of microstructures etching on n-silicon surface
JPH1164614A (en) * 1997-08-20 1999-03-05 Ricoh Co Ltd Optical element and production of optical element
KR100851892B1 (en) * 2007-06-11 2008-08-13 한국과학기술연구원 Method for controlling a morphology of a surface of a polymer using ion-beam and a polymer with a ripple pattern on its surface fabricated thereby, and its applications
CZ2009656A3 (en) * 2009-10-06 2011-04-13 Vysoká škola chemicko - technologická v Praze Molding method of polymeric nanostructures

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CS275001B2 (en) * 1989-06-14 1991-12-17 Vysoka Skola Chem Tech Method of microstructures etching on n-silicon surface
JPH1164614A (en) * 1997-08-20 1999-03-05 Ricoh Co Ltd Optical element and production of optical element
KR100851892B1 (en) * 2007-06-11 2008-08-13 한국과학기술연구원 Method for controlling a morphology of a surface of a polymer using ion-beam and a polymer with a ripple pattern on its surface fabricated thereby, and its applications
CZ2009656A3 (en) * 2009-10-06 2011-04-13 Vysoká škola chemicko - technologická v Praze Molding method of polymeric nanostructures

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
P.Slepicka, A.Chaloupka, P.Sajdl, J.Heitz, V.Hnatowicz, V.Svorcík : Angle dependent laser nanopatterning of poly(ethylene terephthalate) surfaces, Applied Surface Science 257 (2011), str. 6021-6025 *

Also Published As

Publication number Publication date
CZ2012168A3 (en) 2013-10-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Harinarayana et al. Two-photon lithography for three-dimensional fabrication in micro/nanoscale regime: A comprehensive review
Malinauskas et al. Ultrafast laser nanostructuring of photopolymers: A decade of advances
Shukla et al. Subwavelength direct laser patterning of conductive gold nanostructures by simultaneous photopolymerization and photoreduction
Seniutinas et al. Tipping solutions: emerging 3D nano-fabrication/-imaging technologies
TWI413868B (en) Method and apparatus for generating periodic patterns by step-and-align interference lithography
Lyutakov et al. Polymer surface patterning by laser scanning
Lérondel et al. Nanofabrication for plasmonics
Salvatore et al. Programmable surface anisotropy from polarization-driven azopolymer reconfiguration
CZ305109B6 (en) Method of shaping 2D optical and metaoptical structures on a polymer surface
Lasagni et al. Two‐and Three‐Dimensional Micro‐and Sub‐Micrometer Periodic Structures Using Two‐Beam Laser Interference Lithography
CZ303058B6 (en) Molding method of polymeric nanostructures
Jipa et al. Femtosecond laser lithography in organic and non-organic materials
CA2573930C (en) Direct laser writing method for fabricating three-dimensional photonic crystals with inorganic material substrates
CN102651534A (en) Distributed feedback type organic semiconductor laser preparation method based on laser interferometer lithography
JP2003014915A (en) Optical element with dammann grating
Yeo et al. Realization of multi-paired photonic crystals by the multiple-exposure nanosphere lithography process
Schmidt Laser-based micro-and nano-fabrication of photonic structures
CN108627894B (en) Large-area nano lens type array and preparation method thereof
CN101344726B (en) Stepping arrangement type interference microlithography and device thereof
Bonakdar et al. Tilted exposure microsphere nanolithography for high-throughput and mask-less fabrication of plasmonic molecules
Choi et al. Simultaneous fabrication of line defects-embedded periodic lattice by topographically assisted holographic lithography
Salvatore et al. Photoinduced Surface Reshaping from Azopolymer Micropillars with Programmable Anisotropy
KAWATA et al. Pinpoint two-photon writing and multi-beam interferential patterning of three-dimensional polymer photonic crystals
Wang et al. Laser interference nanolithography
JP2007535397A (en) Method for forming a two-dimensional periodic structure in a polymer medium

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20170309