论文部分内容阅读
飞秒激光双光子微加工技术在功能性微纳器件制备等研究领域具有广阔的应用前景。高效双光子引发剂的设计和制备是开发适用于双光子微加工的光刻材料的关键课题。双光子染料敏化引发体系因其优良的引发效果和良好的材料适应性,已经在双光子自由基聚合加工体系中得到了大量研究和应用。本论文设计制备了适用于化学增幅型正性光刻胶和阳离子聚合负性光刻胶的双光子敏化剂。首次利用该类敏化剂和现有紫外光生酸剂组成的高效双光子敏化生酸体系,制备了高灵敏度的双光子化学增幅型正性光刻胶。同时,研究了敏化生酸体系在双光子阳离子聚合加工体系中的应用。取得了下列的研究结果:
⑴设计制备了具有大双光子吸收截面的苄叉烷烃酮类双光子敏化染料。该类染料以三苯胺作为电子给体,丙酮或环戊酮为电子受体,具有典型的D-π-A-π-D结构。相对于丙酮桥连的染料BDPO,环戊酮桥连的染料BDPA具有更好的刚性,更高的共轭程度,其电荷转移吸收峰明显红移,荧光量子产率和双光子吸收截面也更高。三苯胺基团的引入,扩大了分子内的共轭结构,使得染料的双光子吸收截面相对于以N,N-二乙基苯胺为给电子基团的苄叉环戊酮类染料BDEA有了一定程度的提高,BDPA和BDPO的双光子吸收截面分别达到1310和1049 GM。
⑵将合成的双光子敏化染料和典型非离子型紫外光生酸剂NIOTf复配,组成分子间染料敏化生酸体系。在溶液中研究了染料和光生酸剂之间通过光致电子转移敏化生酸的机理,证明染料的激发三线态能高效的敏化光生酸剂产酸。其中,BDPO/NIOTf在单光子激发条件下的光生酸量子产率达到了0.053。
⑶利用双光子敏化生酸体系和树脂PBOCS制备了双光子化学增幅型正性光刻胶。以BDEA为参比化合物,利用衰减全反射红外吸收光谱监测了光刻胶膜中由双光子激发诱导的化学增幅过程,证实常见双光子敏化染料分子中含有的烷基苯胺类电子给体会束缚光产酸剂释放出的质子,抑制化学增幅过程,而以三苯胺为给电子基团的BDPA和BDPO不但能高效的敏化光生酸剂产酸,而且不会对化学增幅过程造成不良影响。
⑷将制备的化学增幅型正性光刻胶应用于近红外飞秒激光双光子微加工,加工能量阈值低至0.25 mW,证明由于化学增幅型正性光刻胶中较高的光生酸剂含量,染料和光生酸剂之间的电子转移过程能够高效的进行,利用分子间敏化生酸体系可以简便高效地制备出高灵敏度的双光子化学增幅型正性光刻胶。
⑸将合成的双光子敏化染料和离子型光生酸剂二甲苯基碘鎓盐复配,组成分子间染料敏化生酸体系。研究了该敏化生酸体系引发环氧单体阳离子聚合的能力,并将其应用于商用紫外阳离子光刻胶SU-8,成功制备出高灵敏度的双光子阳离子聚合负性光刻胶。在双光子聚合加工中得到的加工能量阈值低达0.15 mW,说明BDPA和BDPO也是适用于阳离子聚合体系的高效双光子敏化剂。