双光子光聚合反应(精)
光引发剂1173原理
光引发剂1173原理
光引发剂1173是一种常用的光敏材料，广泛应用于光刻、光纤通讯、光存储
等领域。
其原理是通过吸收光子后发生单光子或双光子电离，从而引发聚合反应。
在光刻中，光引发剂1173可以实现高分辨率、高精度的图案转移，成为先进微电
子制造中不可或缺的材料之一。
光引发剂1173的分子结构具有亲水性和亲油性的双重性质，可以溶于许多有
机溶剂。
在聚合反应中，光引发剂1173的自由基会与单体分子结合形成中间体，
从而引发聚合反应。
同时，光引发剂1173的自由基也可以与其他光引发剂分子结合，形成自由基链反应，加速聚合反应的进行。
光引发剂1173的应用范围非常广泛，不仅可以用于微电子制造中的光刻，还
可以用于光纤通讯、光存储等领域。
在光纤通讯中，光引发剂1173可以帮助实现
高速数据传输，提高光纤通讯的带宽和传输速度。
在光存储中，光引发剂1173可
以实现高密度的数据存储，成为下一代存储技术的重要组成部分。
总之，光引发剂1173是一种非常重要的光敏材料，具有广泛的应用前景。
通
过深入研究其原理和性质，可以进一步拓展其应用领域，推动先进制造技术的发展。
双光子微纳加工技术结合化学镀工艺制备三维金属微弹簧结构
双光子微纳加工技术结合化学镀工艺制备三维金属微弹簧结构贾雁鹏;郑美玲;董贤子;赵震声;段宣明【摘要】利用飞秒激光双光子微纳加工技术与化学镀工艺制备了三维金属微弹簧结构.采用扫描电子显微镜(SEM)及选区电子能谱(EDS)对镀层进行了表征,当化学镀时间为15 min时,所得到的镀层厚度约为130 nm.对不同电镀时间下获得的镀层电阻率进行了测定,实验结果表明,当电镀时间为35 min时得到的镀层电阻率约为80×10-9 Ω·m,仅为银块体材料电阻率16×10-9 Ω·m的5倍.利用这种方法,我们制备了总长度为28.75 μm、周期为2.93 μm的悬空金属弹簧结构,其中弹簧圈数为9圈,直径为6 μm,弹簧线分辨率为1.17 μm.文中所述的将双光子微纳加工技术与化学镀技术相结合的方法可以实现任意三维微金属结构与器件的制备,在微光学器件、微机电系统(MEMS)及微传感器等领域有着广泛的应用前景.【期刊名称】《影像科学与光化学》【年(卷),期】2014(032)006【总页数】8页(P542-549)【关键词】双光子微纳加工技术;化学镀;三维金属微纳米结构【作者】贾雁鹏;郑美玲;董贤子;赵震声;段宣明【作者单位】中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院大学,北京100049;中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院理化技术研究所,北京100190;中国科学院重庆绿色智能技术研究院,重庆400714【正文语种】中文金属微纳结构具有表面等离子体共振［1］等新颖的物理效应，在微纳米技术的研究中占据重要的地位。
它们在光学器件、纳米电路、化学生物传感器、医疗检测诊断及生物成像等方面有巨大应用价值。
目前常用的微纳加工技术有光学曝光技术［2］、电子束曝光技术［3］、聚焦离子束曝光技术［4］以及纳米压印技术［5］等。
聚丙烯酰胺光聚合
聚丙烯酰胺的光聚合是指通过使用特定波长的光照射聚丙烯酰胺溶液，引发聚合反应，使单体丙烯酰胺聚合成高分子聚丙烯酰胺的过程。
光聚合的催化剂是核黄素，在恒量氧存在下，核黄素光解形成无色基再被氧氧化成自由基，激活单体发生聚合。
光聚合形成的孔径较大，且不稳定，适合制备大孔径的浓缩胶。
请注意，具体的光聚合过程可能会因不同的实验条件和操作方法而有所不同。
在进行光聚合实验时，建议根据具体的实验指南和要求进行操作，并注意安全事项。
应用飞秒激光双光子吸收还原金属离子
应用飞秒激光双光子吸收还原金属离子马竞;朱煜;杨开明【摘要】为了探讨利用有机高分子材料的飞秒激光双光子吸收来引发金属离子还原的可行性,在自行研制的双光子微细加工系统中,采用物质的量的比为1:1的硝酸银/聚乙烯吡咯烷酮混和凝胶进行还原试验,加工出宽25μm的线条以及4mm×0.4mm的测试导线.由X射线光电子能谱分析可知,加工生成物主要元素是银,通过测试导线电阻,测算其电阻率范围在10-3Ω·m～10-5Ω·m之间.结果表明,用双光子吸收还原金属离子,可以控制反应区域,这对加工导电金属微结构是有帮助的.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2010(034)003【总页数】3页(P395-397)【关键词】非线性光学;双光子吸收;飞秒激光;聚乙烯吡咯烷酮【作者】马竞;朱煜;杨开明【作者单位】清华大学,精密仪器与机械学系,摩擦学国家重点实验室,北京,100084;清华大学,精密仪器与机械学系,摩擦学国家重点实验室,北京,100084;清华大学,精密仪器与机械学系,摩擦学国家重点实验室,北京,100084【正文语种】中文【中图分类】TG665;TN249引言飞秒激光双光子微细加工技术的原理是通过双光子吸收使双光子吸收材料发生一系列的物理或化学性质的改变。
飞秒激光有着更优异的加工特性，其加工对周围区域热学、力学、化学影响小，其横向加工精度可达几十纳米，而深度加工精度甚至可达亚纳米级[1]，因此，应用双光子微细加工技术可以加工任意的3维微结构。
国内外很多研究小组都利用该技术进行了大量研究，将该技术应用到3维微结构的制备上。
日本大阪大学的研究组制作出3维螺旋结构及红细胞大小(长10μm、高7μm)的公牛像[2]，澳大利亚STRAUB研究组用该技术制作出悉尼歌剧院模型[3]，中国科学院理化技术研究所的DONG等人也制作出微型千里马造型[4]。
虽然双光子微细加工技术已经展示出加工真3维结构的优越性，然而受加工材料性质(强度、导电性等)等因素的限制，该技术并未在微机电系统、微光学器件和生物医学等潜在的应用领域得到广泛的运用[5]。
超材料简介
“超材料（metamaterial）”指的是一些具有人工设计的结构并呈现出天然材料所不具备的超常物理性质的复合材料。
“超材料”（Metamaterial）是21世纪以来出现的一类新材料，其具备天然材料所不具备的特殊性质，而且这些性质主要来自人工的特殊结构。
超材料的设计思想是新颖的，这一思想的基础是通过在多种物理结构上的设计来突破某些表观自然规律的限制，从而获得超常的材料功能。
超材料的设计思想昭示人们可以在不违背基本的物理学规律的前提下，人工获得与自然界中的物质具有迥然不同的超常物理性质的“新物质”，把功能材料的设计和开发带入一个崭新的天地。
典型的“超材料”有：“左手材料”、光子晶体、“超磁性材料”、“金属水”。
六类超材料及用途1、自我修复材料——仿生塑料伊利诺伊大学的Scott White研发出了一种具备自我修复能力的仿生塑料。
这种聚合物内嵌有一种由液体构成的“血管系统”，当出现破损时，液体就可像血液一样渗出并结块。
相比其他那些只能修复微小裂痕的材料，这种仿生塑料可以修复最大4毫米宽的裂缝。
2、热电材料一家名为Alphabet Energy的公司开发出了一种热电发电机，它可被直接插入普通发电机的排气管，从而把废热转换成可用的电力。
这种发电机使用了一种相对便宜和天然的热电材料，名为黝铜矿，据称可达到5-10%的能效。
科学家们已经在研究能效更高的热电材料，名为方钴矿，一种含钴的矿物。
热电材料目前已经开始了小规模的应用——比如在太空飞船上——但方钴矿具备廉价和能效高的特点，可以用来包裹汽车、冰箱或任何机器的排气管。
3、钙钛矿除晶体硅外，钙钛矿也可可用来制作太阳能电池的替代材料。
在2009年，使用钙钛矿制作的太阳能电池具备着 3.8%的太阳能转化率。
到了2014年，这一数字已经提升到了19.3%。
相比传统晶体硅电池超过20%的能效。
科学家认为，这种材料的性能依然有提升的可能。
钙钛矿是由特定晶体结构所定义的一种材料类别，它们可以包含任意数量的元素，用在太阳能电池当中的一般是铅和锡。
超快光学 第01章 入门--逐句精翻
10+3 10+6 10+9 10+12 10+15 10+18
时间尺度
通常生成 1 皮秒 （10-12 s） <脉冲。 研究人员产生几飞秒 （10-15 s） 长的脉冲。
10 fs light pulse
计算机时 钟周期 相机闪光灯
One Age of month pyramids
1 minute
Shortest Pulse Duration (fs)
Electric field
Ultrafast lasers
1000 100 10
Active mode locking
Passive mode locking
Colliding pulse mode locking
Intra-cavity pulse Ti-Sapphire compression
可以想象的最高强度
0.2 TW = 200,000,000,000 watts!
1 kHz“啁啾脉冲放大 （CPA）”系统在 科罗拉多大学 （Murnane 和 Kapteyn）
Even higher intensities!
National Ignition Facility (under construction)
Input ultrashort
pulse
Any medபைடு நூலகம்um
Chirped output not-so-ultrashort
pulse
较长的波长几乎总是比较短的波长传播得更快。
脉冲压缩
该器件具有负群速色散，因此可以补偿通过材料的传播（即正啁啾）。
较长的波长穿过的玻璃越多。
通常将超短脉冲拉伸然后压缩 >1000 倍。
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房德仁 刘中民
导师
研究员
1 概述
-Mayer提出双光子吸收理 （Ann.Physik,1931,9:273~295）； 20世纪60年代由实验观测所证实 (Phys.Rev.Lett,1961,39:1347~1348) 但由于缺少大的双光子吸收截面材料（均小于 10-48cm4•s/photon），限制了其应用研究。 20世纪90年代后，大双光子吸收截面有机分子 被逐渐发现（10-46cm4•s/photon）。如双光子 上转换激光、双光子光限幅、双光子三维光存 储、双光子光动力学疗法、双光子光聚合等
三维操控和微加工
一个立体的复杂整体结构，材料在不同的部位 的尺寸和形状都不同时，利用现有的精密机械 尚无有效的方法实现。如非球面透镜的加工， 特别是微型非球面透镜是目前的技术难题之一， 双光子聚合可以用来解决该问题。Kawata将计 算机辅助设计和双光子聚合技术相结合，成功 的制造出了红细胞大小的立体公牛（长10μm， 高7μm）（Nature,2001,412:697~698）。另 外还制作出了一个微小的弹簧，弹簧的直径为 300nm，用激光作动力拉动弹簧，测出了弹簧 的弹性常数为8.2nNm-1.
谢 谢！
光子晶体的加工
光子晶体是用于控制光的一种器件，工作原理与 半导体类似。由于光子速度比电子快的多，如果 能象控制电子一样控制光子，就有可能制造出比 电子计算机速度更快、功能更强大的光子计算机。 光子在传播中几乎不消耗能量。由于双光子聚合 可以提供规律性很好的周期性结构，成为光子晶 体制造的有效方法 （Nature,1999,398:51~54）
双光子吸收的光源
双光子吸收一般采用较大功率的红宝石或蓝宝石 脉冲激光器，波长800nm~1000nm左右，要求 激光器的功率大于一个最低值，一般在 30μJ~100μJ。利用双光路聚焦的方法。
双光子光聚合光敏引发剂
一般要求：具有共轭大π键，吸电子基团，给电子 基团，如D-π-D,D-π-A- π –D,A- π-A,
单光子吸收的强度与入射光强成正比 （线形吸收），双光子吸收的强度与入 射光强的平方成正比（非线形吸收）； 单光子吸收的辐照光源一般在紫外区 （≤400nm），双光子在可见-近红外区 （≥800nm），长波长使得入射光的损耗 较小，在介质中的穿透性好；
单光子吸收的吸收截面为 10-17~10-18 cm4•s/photon，对光密度要求小，即 使弱光也可发生吸收，在光线经过的地方都会发 生聚合，是整体或面上的聚合;双光子吸收截面 一般为10-50~10-46cm4•s/photon，一般在两束光 聚焦的焦点处才能同时吸收两个光子，引发聚合 反应，聚合反应只发生在入射光波长立方（λ3） 范围的微小体积内。 双光子吸收截面： σTP=4π3ao5 ω2 δTP 15c гf 即双光子可进行立体微加工。
Nature,2001,412:697~698
展望
国际上美国和日本的研究处于前沿水平；国内北 京大学、清华大学、中科院理化所及山东大学在 进行这方面的研究，处于起步阶段。目前的研究 重点： 寻找和合成更大吸收截面的双光子吸收剂； 继续研究双光子吸收剂在光聚合等方面的应用； 开展大量的理论计算研究；
光聚合机理
普通的光敏聚合机理为只要染料或者引 发剂或光敏剂捕获一个光子，就会产生 自由基或阳离子等活性基团，引发单体 聚合；或光敏剂本身不能直接形成自由 基，而是将光吸收后把能量传递给单体 或引发剂引发聚合，双光子聚合机理与 单光子基本相同，惟有光子的吸收机理 不同。
光聚合机理示意图
双光子吸收
双光子吸收过程一般是两个光子同时被 一个分子吸收，或者在极短的时间内两 个光子被一个分子相继吸收，一般两个 光子吸收的时间差小于0.1飞秒（1飞秒 =10-15秒）。一般认为吸收是经过一个假 想态（virtual state），然后到达一个分 子的激发态。
双光子吸收示意图
双光子吸收示意图
双光子吸收与单光子吸收
A- π –D -π-A, A- π –D结构等，共轭大π键越 长，吸收截面越大；分子的偶极矩及极化率 都对分子的吸收截面有重大影响。
双光子海量信息存储
在光学存储技术中信息存储密度依赖于波长倒 数的幂，该幂的次数等于存储信息的空间维数。 利用该技术，可以存储的容量理论上可以达到 1.2×1014bits/cm3,远远超出现有的二维光存储 材料的容量（理论值为在200nm波长下， 2.5×109bits/cm2） （Science,1989,245:843~845;Applied Physics Letters,1999,74:1338~1340）