폴리머 표면 지형 설계를 위한 레이저 미세 가공

우리는 레이저 마이크로가공의 새로운 응용과 역량을 연구하고 있습니다. 우리는 다양한 종류의 재료를 가공할 수 있는 조건과 매개변수 공간을 결정하는 작업을 진행 중입니다. 현재 저희의 주요 초점은 고분자 표면, 특히 끈적성 때문에 다른 기법으로는 처리하기 어려운 자기성 엘라스토머입니다.

우리 프로토콜은 표면의 마스크 없는 구조화를 설명하여 빠른 프로토타이핑을 가능하게 합니다. 또한 다른 기법으로는 불가능한 경사진 구조물을 만들 수 있게 해줍니다. 우선, 경화된 자기성 엘라스토머 샘플을 스캐닝 헤드의 작업 영역에 놓고, 초점면에 위치시키고 미리 선택한 각도로 기울여 놓습니다.

레이저 제어 소프트웨어를 사용해 재료를 제거해야 할 영역을 추적하여 스캔 궤적을 설계합니다. 광학 현미경에서는 가압된 질소 가스를 사용해 샘플을 깨끗이 청소하여 먼지나 이물질을 부드럽게 불어내는 방법입니다. 깨끗한 샘플을 현미경 테이블 위에 올려놓고 반사 현미경 광원을 켭니다.

라멜라 사이의 피치와 같은 측면 치수를 측정하기 위해 10배 주관적 렌즈를 선택하세요. 그 다음 40배 대물렌즈로 전환해 구조물 높이 데이터를 수집하세요. 그 다음 현미경의 시야 조리개를 열어 심도를 줄입니다.

마이크로미터 스테이지의 높이를 조정하여 구조물의 상단 표면에 초점을 맞추세요. 그리고 마이크로미터 나사에 측정값도 기록해. 그 후 마이크로미터 나사를 돌려 기판 표면이 초점이 맞을 때까지 단계를 점차 올립니다.

그 다음 이 새로운 값을 기록하세요. 장갑을 끼고 메스를 사용해 주사전자현미경 샘플 홀더 핀 크기에 맞게 샘플을 자르세요. 플라스틱 핀셋을 사용해 다듬은 샘플을 핀에 부착하되, 손상되지 않도록 주의하세요.

그 후 압축 질소 가스로 장착된 샘플을 청소하여 먼지나 이물질을 제거합니다. 첨부된 샘플이 담긴 핀을 스테이지에 놓고 위치를 기록하세요. 다음으로, 후방 산란 전자 측정을 수행하기 위해 먼저 진공 챔버에서 공기를 빼내 고진공 상태에 도달시킵니다.

시료의 광학 내비게이션 이미지를 캡처하여 단계를 안내하며, 관심 있는 시료를 검출기 가장자리에서 적절한 거리에 위치시킵니다. 전자 빔을 활성화하고 동심원 후방산란 검출기에서 나온 이미지를 표시합니다. 빔 매개변수를 설정하려면 30킬로볼트 가속 전압, 스팟 크기 4.0, 그리고 5마이크로초의 체류 시간을 선택합니다.

2차 전자 측정을 위해서는 챔버를 0.70밀리바의 저진공 상태로 조절합니다. 샘플을 약 3.5밀리미터 작업 거리로 옮기세요. 그 다음 전자 빔을 켜고 저진공 2차 전자 검출기로 캡처된 이미지를 확인하세요.

다음으로, 전자석 극 사이 샘플 홀더 중앙에 양면 접착 테이프를 붙입니다. 샘플을 접착 테이프 위에 붙이고, 극 사이에 중앙에 맞춰 놓으세요. 이미지를 촬영할 때, 전자석에 4.5암페어 직류를 가해 20밀리미터 극 갭에서 약 340 밀리테슬라의 균질 자기장을 생성합니다.

광학 현미경 검사는 자기성 엘라스토머 표면의 결함 없는 패턴과 명확한 측면 구조, 그리고 초점 조정을 통해 수직 프로파일 가시성을 검증했습니다. 주사 전자현미경 검사 결과, 구조화된 기둥들은 측면 프로파일 전체에 뚜렷한 미세 입자가 박혀 있는 거친 표면 질감을 가지고 있음을 밝혀냈습니다. 2차 전자 영상은 고해상도로 거칠고 불규칙한 고분자 표면 구조를 밝혀냈습니다.

자기 조작은 시간이 지남에 따라 미세구조가 눈에 띄게 기울어지는 결과를 낳았으며, 이는 다양한 자장 노출 하에서 측면 뷰에서 관찰됩니다.