Hochleistungsfotolacke für abbaubare 3D Nano- und Mikrostrukturen durch direktes Laserschreiben

• Antragsteller: Dr. David Gräfe
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 394530584

Eine vielversprechende Herstellungsmethode, die die eingeschränkte Auflösung von herkömmlichen 3D-Druckern überwindet, ist das direkte Laserschreiben. Diese Druckmethode basiert auf einem Mehrphotonen-Polymerisationsprozess, bei welchem zwei oder mehrere Photonen simultan absorbiert werden. Aufgrund der Nichtlinearität des Mehrphotonen-Prozesses erfolgt die chemische Reaktion ausschließlich im Brennfleck des Lasers und erlaubt damit ein lokal definiertes vernetzen. Aus diesem Grund ist es mit direktem Laserschreiben möglich komplexe 3D Strukturen im Submikrometerbereich herzustellen. Die hohe Auflösung – in manchen Fällen sogar unterhalb der Beugungsgrenze durch das STED-Prinzip – ist besonders für Anwendungen wie photonische Metamaterialien, Biomedizin, und Mikroelektronik interessant, welche besonders anspruchsvolle Strukturen mit hoher Genauigkeit benötigen.Die meisten 3D Mikrostrukturen durch direktes Laserschreiben sind irreversibel zu einer permanenten Form vernetzt. Es wäre allerdings für viele Anwendungen vorteilhaft, wenn die 3D Struktur aus einem Material besteht, welches nach einer bestimmten Zeit entfernbar bzw. ersetzbar ist. Der Ansatz von abbaubaren Fotolacken auf Abruf ist besonders für Anwendungen interessant, die die 3D Struktur nur als Stützgerüst verwenden oder natürlicher Gebrauchsschaden einen Austausch verlangt. Durch das enorme Potenzial für zukünftige Anwendungen besteht ein großer Bedarf an weiterer Forschung im Bereich abbaubare 3D Mikrostrukturen durch direktes Laserschreiben.In meinem Postgraduiertenstudium werde ich diesem Bedarf nachgehen und funktionale Fotolacke mit steuerbaren Abbaueigenschaften für das direkte Laserschreiben untersuchen. Ich bin besonders an dem Design und der Herstellung von Vernetzern mit spaltbaren Bindungen interessiert. Diese labilen Moleküle sollen inert und nur spaltbar bei bestimmten und zudem milden Bedingungen sein. Um ein möglichst breites Spektrum an spaltbaren Vernetzern zugänglich zu machen, werde ich drei verschiedene Vernetzersysteme untersuchen, die entweder vollständig oder lokal kontrolliert abgebaut werden können:(i) Silylether, die mit Fluoridionen gespalten werden kann(ii) o-Nitrobenzyloxy, die mit Hilfe von UV-Licht gespalten werden kann(iii) Phosphoester, die mit dem Enzym Phosphodiesterase gespalten werden kannZusätzlich werde ich den Einfluss der Vernetzerstruktur auf die Materialeigenschaften von Strukturen durch direktes Laserschreiben untersuchen. Um die optimale Vernetzerstruktur zu identifizieren, werde ich eine Reihe verschiedener Vernetzer herstellen, die sich in Typ, Spacer und Funktionalität unterscheiden. Ziel ist es, das Wissen von dem Modelsystem auf andere Vernetzer mit alternativen Abbaumechanismen zu übertragen. Abschließend werde ich zwei oder mehrere abbaubare Fotolacke zur Herstellung einer Nano- und Mikrostruktur verwenden, welche sequenziell und kontrolliert abgebaut werden kann.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Australien
• Gastgeber: Professor Dr. Christopher Barner-Kowollik