近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所薄膜光學(xué)實(shí)驗(yàn)室在優(yōu)化飛秒激光多光子聚合（MPP）增材制造加工精度調(diào)控研究中取得進(jìn)展?？蒲腥藛T利用對(duì)光刻膠中引發(fā)劑濃度的調(diào)控實(shí)現(xiàn)對(duì)聚合產(chǎn)物極限尺寸的有效控制，揭示了多光子聚合光化學(xué)反應(yīng)過程中的擴(kuò)散行為，相關(guān)研究成果發(fā)表在《光學(xué)材料》上。

基于飛秒激光多光子聚合增材制造技術(shù)廣泛應(yīng)用于微機(jī)電、微光學(xué)、生物結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域的3D打印微納結(jié)構(gòu)制造。目前用于提升加工精度的主流技術(shù)路線是，提升光刻膠中的引發(fā)劑吸收截面以及調(diào)控激光焦斑的可聚焦程度，現(xiàn)階段其制造極限分辨率可達(dá)10nm量級(jí)。

課題組通過解析多光子聚合中的光-物理-化學(xué)反應(yīng)過程，認(rèn)為光刻膠中引發(fā)劑濃度與聚合反應(yīng)持續(xù)時(shí)間有關(guān)，并將最終影響聚合產(chǎn)物的極限尺寸?？蒲腥藛T選擇的光引發(fā)劑是六氟銻酸鹽小分子，單體是雙酚A型環(huán)氧樹脂大分子的SU-8光刻膠，通過烘烤改變光引發(fā)劑的濃度，研究光引發(fā)劑在光刻膠中擴(kuò)散行為對(duì)最終聚合極限尺寸的影響規(guī)律。此外，通過利用長(zhǎng)焦距、單次飛秒脈沖曝光方法獲得了扁平化聚合物，精確表征了聚合物尺寸，發(fā)現(xiàn)當(dāng)SU-8膠膜的溶劑含量從~7%下降到4%時(shí)，MPP產(chǎn)物的尺寸減小了~40%。這種聚合尺寸優(yōu)化源于溶劑含量減少導(dǎo)致的光致陽離子擴(kuò)散能力減弱，從而使聚合反應(yīng)被約束在更小的尺度范圍內(nèi)。

該研究為優(yōu)化MPP極限加工精度提供了新思路，證明了在MPP過程中，小分子擴(kuò)散是一種值得關(guān)注的本征過程，并且為光刻膠優(yōu)化選擇和發(fā)展國產(chǎn)光刻膠提供了認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)。研究工作得到國家自然科學(xué)基金和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的支持。

論文鏈接

圖1.（a）增加預(yù)烘烤時(shí)間以降低SU-8中的溶劑含量；（b）長(zhǎng)焦距、單脈沖曝光的扁平化MPP產(chǎn)物的正、側(cè)視圖及其高度信息

圖2.不同溶劑含量/曝光能量密度對(duì)應(yīng)的聚合點(diǎn)尺寸統(tǒng)計(jì)（a）（b）（c）（d）分別為能量密度為~0.72J/cm2時(shí)，溶劑含量分別對(duì)7.3%、5.1%、4.3%和3.2%的MPP聚合產(chǎn)物形貌