Ultraviolet nanoimprint litografi (UV-NIL) är en tillverkningsteknik för att producera nanostrukturer med UV-härdbar harts. En av dess främsta fördelar är dess rena enkelhet; UV-NIL består i huvudsak av att hälla ett flytande harts över en nanostrukturerad form, få hartset att stelna med UV-bestrålning, och sedan släppa den från formen. Resultatet är en solid polymer med en nanostruktur som är den omvända mot den i formen. Genom att använda denna teknik, en stor variation av funktionella enheter och tunna filmer kan tillverkas för applikationer inom områden som optik, elektronik, sjukvård, biologi forskning, och solceller, för att bara nämna några.

Det är säkert att säga att den mest värdefulla utrustningen i hela UV-NIL-processen är masterformen. För att de ska hålla längre, replikformar tillverkade av masterformen tillverkas och används för massproduktion av nanostrukturerade enheter. Dock, dessa replikformar är inte lika hållbara som masterformen, och de börjar i allmänhet visa makroskopiska tecken på slitage efter ett par tusen avtryck. Tyvärr, Det finns ingen pålitlig och standardmetod för att förutsäga replikformarnas livslängd – ännu.

I en nyligen publicerad studie publicerad i Nanomaterial , forskare från Tokyo University of Science och Autex Inc., Japan, kom på en smart strategi för att berätta när en replikform kommer att gå sönder. De lyckades göra detta genom att titta på vattendroppar placerade ovanpå en form med ett mönster av åtskilda parallella linjer och notera hur vidhäftningen av dropparna förändras när formen slits ut och förvrängs vid användning.

Men hur fungerar en sådan metod? Vätskedroppar som vilar på en yta har en mätbar egenskap som kallas kontaktvinkel, vilket är vinkeln med vilken vätskan möter det fasta ämnet vid gränsytan. Denna vinkel är lätt mätbar med kommersiella kamerabaserade system.

Nu, i en nanostrukturerad form med parallella linjer (spår), vattenkontaktvinkeln uppvisar anisotropi, vilket innebär att det varierar åt olika håll. Mer specifikt, en vattendroppe placerad på en orörd form med parallella spår kommer att spridas längs spårens riktning mer än i riktningen vinkelrätt mot spåren. Dock, forskarna märkte att när formen slits ut vid upprepad användning, kontaktvinkeln ändras olika längs varje riktning. Professor Jun Taniguchi från Tokyo University of Science förklarar:"När antalet användningar av formen ökar, kontaktvinkeln längs riktningen parallellt med spåren minskar linjärt. I kontrast, kontaktvinkeln längs den vinkelräta riktningen minskar mycket snabbare till en början och stannar sedan vid ett konstant minimivärde. Vi fann att formar tenderade att bli defekta nästan exakt när antalet repetitioner gjorde kontaktvinklarna i båda riktningarna lika."

Forskarna verifierade sin metod med hjälp av formar med olika spårbredder, och resultaten höll i sig (se medföljande figur). Detta innebär att man kan göra exakta förutsägelser om den återstående livslängden för en form med parallella spår genom en enkel process. Först, kontrollera att kontaktvinkeln i vinkelrät riktning har nått ett stabilt minimivärde. Sedan, beräkna den minskande linjefunktionen med de lagrade värdena för kontaktvinkeln längs den parallella riktningen. Till sist, beräkna antalet användningar efter vilka denna linje kommer att skära minimivärdet; formen kommer med största sannolikhet att bryta runt den siffran.

Detta enkla tillvägagångssätt kommer att vara användbart för att bestämma den förväntade livslängden för formar för UV-NIL. "Även om vår metod endast är tillämpbar på formar med parallella spår, den kan användas för att bedöma hållbarheten hos själva formmaterialen; den förutsedda livslängden för ett formmaterial gäller praktiskt taget vilken form som helst, " anmärker Shin Hiwasa från Autex Inc. Sammantaget, denna studie fyller en viktig kunskapslucka inom UV-NIL, minska dess associerade kostnader genom att tillhandahålla ett enkelt sätt att förutsäga när formar kommer att slitas ut.

Den föreslagna strategin kommer förhoppningsvis att göra denna nanoimprinting-teknik mer tillgänglig och tillförlitlig, främja dess användning både inom forskning och tillämpningar för vardagslivet.