Neuartiger Fotolack entwickelt

    -     English

Forscher des Exzellenzclusters -3D Matter Made to Order- erweitern Möglichkeiten des dreidimensionalen Drucks kleinster Mikrostrukturen

Einen neuartigen Fotolack für den Zwei-Photonen-Mikrodruck haben Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Universität Heidelberg im Rahmen des gemeinsamen Exzellenzclusters -3D Matter Made to Order- entwickelt. Damit können erstmals dreidimensionale polymere Mikrostrukturen mit Hohlräumen in Nanogröße hergestellt werden. Die Forscher haben dabei auch untersucht, wie diese poröse Beschaffenheit im Druckprozess gesteuert werden kann und wie sich dies auf die Lichtstreuungseigenschaften der Mikrostrukturen auswirkt.

Die lichtmikroskopische Aufnahme mittels Dunkelfeld illustriert die starke Lichtstreuung des gedruckten Quaders auf der linken Seite. Letztere beruht auf der porösen Nanostruktur (rechts).

Fotolacke sind Drucktinten, mit denen in der sogenannten Zwei-Photonen-Lithographie kleinste Mikrostrukturen dreidimensional gedruckt werden können. Während des Druckvorgangs wird ein Laserstrahl durch den zunächst flüssigen Fotolack in alle Raumrichtungen bewegt. Hierbei härtet der Lack lediglich im Fokuspunkt des Laserstrahls aus. Nach und nach können auf diese Weise komplexe Mikrostrukturen aufgebaut werden. Mögliche Anwendungsgebiete liegen in der Herstellung von Mikrooptiken, von sogenannten Metamaterialien oder von Mikrogerüsten für Experimente mit einzelnen biologischen Zellen.

Um das Anwendungsspektrum zu erweitern, bedarf es neuer druckbarer Materialien. Hier setzen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Exzellenzclusters an: Mit den bisherigen Fotolacken war es nach Angaben der Wissenschaftler lediglich möglich, transparente, glasartige Polymere zu drucken. Der neue Fotolack ermöglicht erstmals den Druck von dreidimensionalen Mikrostrukturen aus porösem Nano-Schaum. Dieser Polymer-Schaum weist Hohlräume einer Größe zwischen 30 und 100 Nanometern auf, die mit Luft gefüllt sind.

Der Lack ist vor dem Druckvorgang transparent. Die zahlreichen winzigen Luftlöcher in den porösen Mikro-Architekturen bewirken jedoch, dass diese durch erhöhte Lichtstreuung weiß erscheinen und eine hohe Reflektivität aufweisen. Ein anderer Faktor, der neue Möglichkeiten eröffnet, ist die extrem große innere Oberfläche des porösen Materials. Dies könnte zum Beispiel bei Filtervorgängen auf kleinstem Raum von Bedeutung werden, bei extrem wasserabweisenden Beschichtungen oder bei der Kultivierung biologischer Zellen. Wie der neuartige Fotolack bestmöglich anzuwenden ist, konnten die Wissenschaftler anhand elektronenmikroskopischer Analysen und optischer Experimente beschreiben. Sie zeigen, wie die Hohlräume in gedruckten Strukturen verteilt sind und wie ihre Ausformung - zum Beispiel ihre Größe - durch Veränderungen der Druckeinstellungen, vor allem der Stärke der Laserpulse, auch gesteuert werden kann. Um das Innere der gedruckten Strukturen sichtbar zu machen, wurden diese zunächst in ein Kunstharz eingegossen und danach in extrem dünne (60-100 nm) Scheibchen geschnitten. Im Rasterelektronenmikroskop können dann Serien dieser Schnitte als Einzelbilder aufgenommen und anschließend wieder zu einem 3D-Volumen zusammengesetzt werden.

An den aktuellen Arbeiten im Exzellenzcluster haben Heidelberger Forscher auf dem Gebiet der Elektronenmikroskopie an neuen Materialien, sowie Karlsruher Wissenschaftler auf den Gebieten Chemie und Physik mitgewirkt. Die Forschungsergebnisse wurden im Fachmagazin -Advanced Materials- veröffentlicht.

Im Exzellenzcluster -3D Matter Made to Order- (3DMM2O) forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie und der Universität Heidelberg interdisziplinär an innovativen Technologien und Materialien für digitale skalierbare additive Fertigungsverfahren, um den 3D-Druck präziser, schneller und leistungsfähiger zu machen. Ziel ist es, die 3D-Fertigung und Materialverarbeitung vom Molekül bis zur Makrostruktur vollständig zu digitalisieren. Zusätzlich zur Förderung als Exzellenzcluster innerhalb der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder wird 3DMM2O durch die Carl-Zeiss-Stiftung gefördert.

F. Mayer, D. Ryklin, I. Wacker, R. Curticean, M. ČalkovskÃoe, A. Niemeyer, Z. Dong, P. A. Levkin, D. Gerthsen, R. R. Schröder, M. Wegener: 3D Two-Photon Microprinting of Nanoporous Architectures. Advanced Materials 2020


Diese Website verwendet Cookies und Analysetools, um die Benutzerfreundlichkeit der Website zu verbessern. Weitere informationen. |