Lasermicrobewerking voor het ontwerp van de topografie van polymeeroppervlakken

We onderzoeken nieuwe toepassingen en mogelijkheden van lasermicrobewerking. We werken aan het bepalen van de voorwaarden en de parameterruimte voor het verwerken van verschillende soorten materialen. Momenteel ligt onze focus vooral op oppervlakken van polymeren, met name magnetoactieve elastomeren die moeilijk te verwerken zijn met andere technieken vanwege hun plakkerigheid.

Ons protocol beschrijft een maskerloze structuur van oppervlakken, wat snelle prototyping mogelijk maakt. Het maakt ook het creëren van schuine structuren mogelijk die met andere technieken niet mogelijk zijn. Begin met het plaatsen van het uitgeharde magnetoactieve elastomeermonster op het werkgebied van de scankop en zorg dat het in het brandpuntsvlak ligt en naar de vooraf geselecteerde hoek gekanteld is.

Met behulp van de laserbesturingssoftware ontwerp je het scantraject door het gebied te volgen waar materiaal verwijderd moet worden. Voor optische microscopie reinig je het monster met onder druk staande stikstofgas om voorzichtig stof of puindeeltjes weg te blazen. Plaats het schone monster op de microscooptafel en zet de reflecterende microscopielichtbron aan.

Selecteer de 10x subjectieve lens om laterale afmetingen te meten, zoals de toonhoogte tussen lamellen. Schakel daarna over op de 40x objectieflens om gegevens te registreren over de hoogte van de constructies. Open vervolgens de veldopening van de microscoop om de scherptediepte te verkleinen.

Stel de hoogte van het micrometerniveau aan om te focussen op het bovenoppervlak van de structuren. En registreer de meting op de micrometerschroef. Daarna verhoog je het podium geleidelijk door aan de micrometerschroef te draaien totdat het oppervlak van het substraat scherp wordt.

Noteer dan deze nieuwe waarde. Draag handschoenen en knip met een scalpel de monsters zodat ze overeenkomen met de grootte van de houderpennen van de scanning elektronenmicroscopie. Bevestig met behulp van een plastic pincet de afgeknipte monsters aan de pinnetjes en let erop dat je ze niet beschadigt.

Maak vervolgens de gemonteerde monsters schoon met onder druk staande stikstofgas om stof of vuil te verwijderen. Plaats de pinnen met de bevestigde samples in het podium en noteer hun posities. Vervolgens voert u voor terugverstrooide elektronmetingen eerst lucht uit de vacuümkamer om een hoge vacuümtoestand te bereiken.

Maak een optische navigatieafbeelding van de monsters en gebruik deze om de trap te sturen, waarbij het monster van belang op de juiste afstand tot de detectorrand wordt geplaatst. Activeer de elektronenbundel en toon het beeld van de concentrische terugverstrooiingsdetector. Om de bundelparameters in te stellen, kies je een versnellingsspanning van 30 kilovolt, een spotgrootte van 4,0 en een verblijftijd van vijf microseconden.

Voor secundaire elektronmetingen stel je de kamer af op een laag vacuüm van 0,70 millibar. Verplaats de monsters tot een werkafstand van ongeveer 3,5 millimeter. Schakel vervolgens de elektronenbundel in en bekijk het beeld dat is vastgelegd door de laagvacuüm secundaire elektronendetector.

Bevestig vervolgens een stuk dubbelzijdig plakband in het midden van de monsterhouder tussen de polen van de elektromagneet. Plaats het monster op de plakband en zorg dat het gecentreerd tussen de palen zit. Tijdens het maken van beelden breng je een gelijkstroom van 4,5 ampère toe op de elektromagneet om een homogeen magnetisch veld van ongeveer 340 millitesla te genereren in de 20-millimeter poolruimte.

Optische microscopie bevestigde het defectvrije patroon van het magnetoactieve elastomeeroppervlak met duidelijke laterale structurering, en scherpstellingen die de zichtbaarheid van het verticale profiel valideerden. Scanning-elektronenmicroscopie toonde aan dat de gestructureerde pilaren een grove oppervlaktetextuur hebben met duidelijke microdeeltjes die door het zijprofiel zijn ingebed. Secundaire elektronenbeeldvorming toonde een ruige en onregelmatige polymeeroppervlaktestructuur met hoge resolutie.

Magnetische manipulatie resulteerde in zichtbare kanteling van de microstructuren in de loop van de tijd, zoals waargenomen in de zijbeelden onder verschillende veldopnames.