低功率激光为电子、生物和纳米技术制备聚合物

一种聚合物可以用发射红外光和可见光的低功率激光快速改性，可以提供一种安全、廉价的方法来生产聚合物表面，这项技术未来将用于生物医学设备、电子产品、信息存储、微流体技术和其他应用。弗林德斯大学的研究人员在一次常规化学分析中，发现了这种由元素硫和低成本二烯制成的光敏聚合物。

利用低功率激光对聚合物进行改性的能力可促进在聚合物上存储数据的新方法、生物医学应用的新图案表面，以及制造电子、传感器和微流体的微米级和纳米级设备的新方法

研究人员Christopher Gibson说：这种新型聚合物在低功率激光的照射下立即发生了变化，这是我以前从未在其他普通聚合物上观察到的异常反应。Gibson发现的这种聚合物是弗林德斯大学教授Justin Chalker于2022年在实验室中发明的。

研究小组进一步研究了聚合物的非典型反应，详细分析了低功率激光束如何改变聚合物，以及如何控制改变的类型和大小。研究人员使用波长为532nm、638nm、690nm和786nm的低功率连续波激光器，对由硫和环戊二烯或双环戊二烯制成的共聚物进行了各种表面改性。通过控制功率、波长和光束直径，研究人员能够在聚合物表面安装尖刺、凸起点、凹坑、通道和孔洞。改性过程非常迅速，曝光时间从毫秒到秒不等。

在聚合物基质中加入Maghemite（γ-Fe2O3）纳米粒子，有利于在较低激光功率下进行改性。研究人员能够通过在160℃的烘箱中加热样品来消除聚合物的膨胀改性，但无法消除烧蚀区域，因为这些区域的聚合物中硫物种的损失是不可逆的。

研究小组在激光直写光刻和可擦除信息存储实例中展示了光敏聚合物系统的合成和激光诱导改性，其中包括激光蚀刻版达芬奇的《蒙娜丽莎》和比针头还小的微型布莱尔印刷。从生物医学设备到微流体技术，许多应用都依赖于利用激光改变聚合物表面的能力。通常情况下，这些改性需要使用需要专业设备和设施的高功率激光器。此外，易于用激光改性的聚合物体系往往制备复杂、成本高昂。

弗林德斯研究小组使用低成本材料和低功率激光系统的简单方法，与其他需要复杂聚合物结构、高功率激光器以及多步骤掩膜、显影和清洗协议的光刻方法相比，毫不逊色。Chalker说：这可以减少对昂贵的专用设备的需求，包括具有危险辐射风险的高功率激光器，同时还能使用更可持续的材料。例如，关键聚合物由低成本的工业副产品元素硫和环戊二烯或双环戊二烯制成。

用低功率激光修改聚合物表面的新方法的潜在应用可能包括存储数据的方法、开发生物医学应用的图案化表面，以及制造微米级和纳米级设备。这一发现的影响远远超出了实验室的范围，有可能应用于生物医学设备、电子学、信息存储、微流体技术和许多其他功能材料应用领域，研究员Lynn Lisboa说。

研究员Abigail Mann说：这些努力的成果是在聚合物表面生成精确图案的新技术。研究人员 开发并为硫基材料带来新的微细加工技术令人兴奋。我们希望能在实验室内外激发广泛的实际应用。