17.01.2020 - Peking University

Patrones de color impresos

El material azopolímero permite la impresión asistida por luz de nanoestructuras para superficies estructuralmente coloreadas

Los colores estructurales aparecen porque el patrón impreso en una superficie cambia las longitudes de onda de la luz. Los científicos chinos han introducido un azopolímero que permite la impresión de nanopatterns en un novedoso proceso litográfico a temperatura ambiente. Un aspecto clave de la técnica es el cambio de fase inducido por la luz de un nuevo azopolímero, explica el estudio publicado en la revista Angewandte Chemie. El proceso se basa únicamente en la regulación de la luz y permite la nanoimpresión incluso en sustratos flexibles.

Las superficies delicadamente estructuradas están presentes en muchas áreas relevantes, incluyendo la antifalsificación de billetes y la fabricación de chips. En la industria electrónica, los patrones de superficie, como los circuitos impresos, se crean mediante procesos fotolitográficos. La fotolitografía significa que una fotoresina, un material polimérico sensible a la luz ultravioleta (UV), es irradiada a través de una máscara. Las áreas debilitadas son lavadas y las estructuras son terminadas por medio de grabado, impresión y otros procesos. Para preparar la fotoresina para la irradiación con luz UV, el calentamiento y el enfriamiento son pasos importantes, que causan cambios en el comportamiento del material.

Desafortunadamente, los materiales tienden a encogerse al enfriarse, lo que plantea problemas cuando se desean patrones de tamaño nano. Por lo tanto, Haifeng Yu y sus colegas de la Universidad de Pekín han desarrollado un proceso de nanolitografía que funciona completamente a temperatura ambiente. La clave del método es un novedoso photoresist que cambia su comportamiento mecánico únicamente por irradiación ligera. Ya no es necesario un paso de calentamiento. El nuevo fotorresistente contiene un componente químico llamado azobenceno, que pasa de una forma "trans" recta a una forma "cis" doblada, y viceversa, cuando se irradia con luz. Este azobenceno, que está unido a la columna vertebral del polímero, causa los cambios mecanoquímicos del azopolímero resultante.

Para la fabricación de los patrones, los autores primero licuaron la capa de azopolímero recubierta sobre una superficie plástica flexible, haciendo brillar la luz UV sobre ella. A continuación, presionaron una lámina de silicona transparente nanopastoreada sobre las zonas licuadas e irradiaron las capas con luz visible. Esta luz indujo el endurecimiento del azopolímero, que adoptó el nanopatín de la plantilla. Luego los científicos aplicaron una fotomáscara e irradiaron las capas con luz UV para volver a licuar las áreas descubiertas. Para la impresión final, prensaron otra lámina nanoportada sobre la estructura de azopolímero y endurecieron las capas con luz visible para obtener la capa de revestimiento nanoportada terminada. Esta técnica se llama "litografía de nanoimpresión atérmica".

La superficie nanopastoreada apareció en múltiples colores estructurales. Las letras minúsculas o los dibujos ornamentales cambiaban de color según el ángulo en que se veían. Según los autores, la técnica no se limita a los colores estructurales. "Es adaptable a muchos otros sustratos como las obleas de silicio y otros materiales activos a la luz", dicen. Los investigadores prevén aplicaciones en áreas de nanofabricación en las que se requieren procesos de impresión independientes del calor y en las que los materiales fotoajustables tienen ventajas.

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