飛秒激光雙光子聚合技術(shù),作為一種新型的bottom-up加工方式,具有工作環(huán)境簡(jiǎn)單、分辨率高以及靈活性高等優(yōu)勢(shì),并被廣泛應(yīng)用于微光學(xué)器件、微機(jī)械、微流體器件等領(lǐng)域。在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中,自然界中許多生物具有了隨外界環(huán)境變化而發(fā)生形變的能力,在殘酷的環(huán)境中獲得更多的生存優(yōu)勢(shì)。效法自然,許多研究者在生物的形變中得到啟發(fā),研制出了各種受外界環(huán)境控制的可變形結(jié)構(gòu)。Janus是羅馬神話中的一尊“雙面神”,他的腦袋前后各有一副面孔,一副看著過(guò)去,一副注視未來(lái),代表著矛盾與對(duì)立。與之對(duì)應(yīng),我們將兩側(cè)具有不同的化學(xué)或物理性質(zhì)的結(jié)構(gòu)稱(chēng)為雙面神結(jié)構(gòu)。特別的,當(dāng)雙面神結(jié)構(gòu)的兩側(cè)在不同的外界環(huán)境中存在膨脹系數(shù)的差異,那么結(jié)構(gòu)整體就會(huì)表現(xiàn)出受外界環(huán)境控制的形狀變化,所以加工雙面神結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)形變的重要途徑。本文主要研究利用飛秒激光雙光子聚合技術(shù)加工可形變的雙面神微柱。本文首先提出了一種簡(jiǎn)單、靈活的方法,將飛秒激光聚焦在pH敏感的水凝膠中,以此制備受pH驅(qū)動(dòng)的形狀可調(diào)的雙面神微柱。該微柱由pH敏感的水凝膠聚合而成,其體積可隨pH值的變化而變化。當(dāng)pH值小于9時(shí),水凝膠結(jié)構(gòu)發(fā)生收縮,反之則膨脹。通過(guò)控制掃描路徑,使... 

【文章來(lái)源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：72 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１飛秒激光雙光子聚合加工三維結(jié)構(gòu)示意圖

用非線性過(guò)程導(dǎo)致電子激發(fā)，這種非線性過(guò)程就包括由飛秒激光極高的能量峰值??密度導(dǎo)致的多光子吸收［１１］。??圖１．３所示是寬帶隙的材料中被電子激發(fā)的單光子吸收與多光子吸收的過(guò)程??示意圖。一般的吸收過(guò)程為線性的單光子吸收。當(dāng)入射激光的單光子能量比特定??材料的帶隙能大時(shí)，單個(gè)光子會(huì)被吸收，并激發(fā)一個(gè)電子從價(jià)帶躍遷至到導(dǎo)帶。??當(dāng)入射光攜帶的單光子能量比帶隙能小時(shí)，就無(wú)法激發(fā)電子，此時(shí)，材料中便沒(méi)??有單光子吸收發(fā)生。但是，當(dāng)超高密度的光子同時(shí)碰撞材料時(shí)，即使單個(gè)光子的??能量小于帶隙能，電子也會(huì)被多個(gè)光子激發(fā)。這種特性就是多光子吸收。由于飛??３??

雖然３６１ｎｍ己經(jīng)突破了光學(xué)極限，但是在微納加工領(lǐng)域，對(duì)分辨率的要求??通常遠(yuǎn)高于這個(gè)數(shù)值，但是通過(guò)結(jié)合上述非線性多光子吸收，飛秒激光加工的分??辨率還可以進(jìn)一步提升【１（）］。如圖１．４所示，當(dāng)加工過(guò)程是基于單光子吸收時(shí)，被??加工材料所吸收的激光能量分布與光斑的能量分布基本相同。但是發(fā)生多光子吸??收時(shí)，由于靠近光斑邊緣的能量較低，無(wú)法激發(fā)多光子吸收，所以吸收能量的分??布就比光斑能量的分布要窄的多。實(shí)際上，吸收能量分布的寬度會(huì)隨著所吸收光??子數(shù)的增加而逐漸降低，如下式所示：??４??


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