Femtosecond laser direct writing using SiC nanoparticle ink containing finer nanoparticles

微細ナノ粒子含有SiCインクを用いたフェムト秒レーザー直接描画

Amarsaikhan, K.*; 川堀 龍*; 渡部 雅  ; 今井 良行  ; 植田 祥平   ; Yan, X. ; 溝尻 瑞枝*

Amarsaikhan, K.*; Kawabori, Tatsuru*; Watanabe, Masashi; Imai, Yoshiyuki; Ueta, Shohei; Yan, X.; Mizoshiri, Mizue*

フェムト秒レーザー焼結は2D/3Dマイクロ積層造形の有望な技術である。本プロセスではバインダーに分散されたナノ粒子を基板上にコーティングし、フェムト秒レーザーパルスでスキャンしパターンが描画される。本研究ではこのプロセスを直径約100nmのSiCナノ粒子を用いたSiC微細構造の製造に適用するとともに、直径約18nmのより微細なSiCナノ粒子を含むインクを調製しフェムト秒レーザーによるパターニング特性をレーザー照射条件を変えて評価した。様々な走査速度におけるパルスエネルギーと線幅の関係から、18nmのナノ粒子を含むインクにおいて線幅の減少が確認された。また、描画ライン中央部のアブレーション幅はナノ粒子を微細化することで減少した。これらの結果から、微細なナノ粒子がインク表面積を増加させ、照射エネルギーの消費を増やし、インクの熱伝導率が低下したことが示唆された。

Femtosecond laser sintering is a promising technique for 2D/3D micro additive manufacturing. In this process, nanoparticles dispersed in binders were coated on substrates, and femtosecond laser pulses were subsequently focused and scanned to write patterns. We also applied this process to fabricating SiC microstructures using SiC nanoparticles of 100 nm in diameter. In this study, we prepared a SiC nanoparticle ink including finer SiC nanoparticles with the diameter of ~18 nm. First, a SiC nanoparticle ink with the mixture of 100 nm and 18 nm in diameters was prepared. Then, patterning properties by femtosecond laser sintering were evaluated at various laser irradiation conditions. By comparing to the reference ink (SiC nanoparticles of 100 nm in diameter), the SiC nanoparticles with fine nanoparticles (18 nm) decreased the line width. In addition, the ablation width of in the center of the lines decreased by consisting fine particles. These results suggest that the fine nanoparticles increased the surface area in the inks, resulting that the large surface increased the consumption of the irradiated energy, and thermal conductivity of the ink decreased.