飞秒激光双光子聚合特征尺度的研究
李焱，亓凰杰，谭登峰，刘走勇，扬宏，龚旗煌
北京太学人工微结构和介观物理国家重点实验室
北京大学物理学院，１００８７１
更小的特征尺度一直是飞秒激光双光子聚合追求的目标．人们进行了大量研究。
对经常使用的ＳＥＲ５００树脂，人们获得了１２０ｒｉｍ的特征尺度１，通过掺入淬灭剂２，
又将特征尺度降到６５ｒｉｍ。如果不掺入淬灭剂，用ＳＣＲ５００实现双光子聚台．其最小
特征尺度可以降到多少？本文通过提高扫描速度和采用二次聚合．将特征尺度降到
２５ｒｉｍ以下。
组成聚合结构的单个体积元的尺寸，可以直观反映取光子聚合的特征尺度。但是，
当体积元太小时．它们很难在后处理的过程中保留下来，也很难铡试和表征。所以，
现在一般采用制备悬空聚合线条的方法来研究特征尺度。飞秒激光扫描线条的过程
中．在其它制各参数不变的条件下．扫描速度越快，单位距离上叠加的体积元越少，
扫描得到的线条就越细。支撑线条的两个较
大聚合结构靠得越近，允许的最快极限速度
越高，得到的线条的特征尺度越小。我们用
７６ＭＨｚ，１２０ｆｓ的激光脉冲，得到了特征尺度
小于２５ｒｉｍ的细线（图１），这个分辨率远远
超过了以前报道的结果。这是由于在两个相
互靠近的平行聚合结构之间，没有完全聚合
的聚合物通过再次聚合．从而可以使用更小
的能量和更快的速度。图Ｉ中的功率为
３５ｍ
ｗ，扫描迷度为６００ｔｔｍ／ｓ。
圈Ｉ．高速扫描制备的聚合
通常在已经聚合的结构周围，会存在没有完全聚合的部分．这部分在后续显影等
２２ｌ
过程中会被清洗掉而不显示出来。但是．当两个聚合结构足够接近时，这些未完全聚
合的部分会由于再次光照而互相加强．通过二次聚合完成低聚物向固体高聚物的转
变。当有激光扫描这些区域时，可以采用｛｜ｔ／ｄ，的能量或轻快的速度就可以引发二次聚
合，从而得到特征尺度更小的聚合线条。即使没有额外的激光扫描这些区域。制各第
二个支撑结构时，激光焦点的边缘部分也会增强附近的结构周围的未完全聚合的部
分．将两个支撑结构中间的空隙连
接起来。由于激光能量变化和周围
抖动以及清洗过程中引起的收缩
等原因．连接区只有部分聚合物的
强度足够人而保存下来．形成柬状
结构（图２）。图２中的激光功率
为４０ｍＷ。当两个支撑的矩形结
构的间距大于９００ｈｍ时（Ｓｌ和Ｓ２
区），间隙很干净，没有多余的结
构。而当问距降到７５０ｈｍ以下（Ｓ３
区），中间出现了二次聚合产生的
聚合线束。线条的特征尺度可以达
到３５ｎｍ。
图２．二次聚合产生的聚合线
我们利用二次聚合制备了纳米针尖。在两个支撑结构的相对边制各一些周期性
突起．当这些突起相互接近
时．由于二次聚合产生连接
两个突起的细线。当距离报
近时，线条比较粗，会一直
保存Ｆ来。距离逐步增加后．
这些细线靠近突起的两端
图３二次聚台产生的纳米针尖
２２２
较粗，而中间部分较细。在后处理中线条会从中间断开形成纳米针尖。图３是突起
相距８００ｎｍ时产生的一系列纳米针尖及其放火图。
本文在两个相距较近的聚合结构之间通过提高扫描速度平¨采用二次聚合，将特征
尺度降到２５ｎｍ以下，这种方法将可以川米制备高精度三维纳米聚合结构。
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０，
６１
１０００Ａ（２００６）．
飞秒激光双光子聚合特征尺度的研究
作者：李焱， 亓凤杰， 谭登峰， 刘大勇， 杨宏， 龚旗煌
作者单位：北京大学人工微结构和介观物理国家重点实验室 北京大学物理学院,100871
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本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Conference_7122066.aspx