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【天富娱乐平台app】科学家通过观察水滴在模具表面的运动 来预测纳米光刻模具的寿命

紫外线纳米压印光刻机(UV-NIL)是一种使用紫外线固化树脂生产纳米结构的制造技术。它的主要优点之一是它的简单性。UV-NIL本质上包括以下步骤:将液态树脂倒在纳米结构的模具上,使用UV辐射使树脂固化,然后将其从模具中释放出来。结果是固体聚合物的纳米结构与模具的结构相反。使用这种技术,可以制造出各种各样的功能器件和薄膜,用于光学,电子,医疗保健,生物学研究和太阳能电池等领域。

可以肯定地说,在整个UV-NIL过程中,最有价值的设备是母模。为了使它们使用寿命更长,制得了由母模制成的复制模具,并将其用于纳米结构器件的批量生产。但是,这些复制品模具不如母模耐用,并且通常会在印上几千次之后开始显示宏观磨损迹象。不幸的是,目前尚无可靠且标准的方法来预测仿制模具的寿命。

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在最近发表在纳米材料上的一项研究中,来自东京科学大学和日本Autex公司的研究人员提出了一个聪明的策略,可以告诉人们复制模具何时会破裂。他们设法通过观察以一定间距的平行线放置在模具顶部的水滴,并注意随着模具的磨损和使用时水滴的附着力如何变化,从而做到了这一点。

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但是这种方法如何工作?停留在表面上的液滴具有称为接触角的可测量属性,接触角是液体在界面处与固体相遇的角度。使用基于商用相机的系统可以轻松测量该角度。

现在,在具有平行线(凹槽)的纳米结构模具中,水的接触角呈现各向异性,这意味着水沿不同的方向变化。更具体地,放置在具有平行凹槽的原始模具上的水滴将沿着凹槽的方向比垂直于凹槽的方向散布更多。但是,研究人员注意到,随着模具的重复使用而磨损,接触角沿每个方向变化。东京理科大学的谷口淳教授解释说:“随着模具使用次数的增加,沿与凹槽平行的方向的接触角呈线性减小。相反,沿垂直方向的接触角首先以更快的速度减小。然后保持一个恒定的最小值。

研究人员使用具有不同凹槽宽度的模具验证了他们的方法,结果得到了证实。这意味着可以通过一个简单的过程对带有平行凹槽的模具的剩余寿命做出准确的预测。首先,检查垂直方向的接触角是否已达到稳定的最小值。然后,使用所存储的沿平行方向的接触角值来计算递减线函数。最后,计算该线与最小值相交后的使用次数。

这种简单的方法将有助于确定UV-NIL模具的预期寿命。Autex Inc.的Shin Hiwasa先生说:“尽管我们的方法仅适用于具有平行凹槽的模具,但它可用于评估模具材料本身的耐久性;模具材料的预计寿命几乎适用于任何形状。”这项研究填补了UV-NIL的一个重要知识空白,通过提供一种简单的方法来预测模具何时会磨损而降低了其相关成本。

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