Micro y nanofabricación
Nanoestructuración de superficies
Varias técnicas láser estructuran con precisión metales, semiconductores, vidrio y otras superficies a escala micro y nano.
Presentación del producto
Qué abarca la nanoestructuración de superficies
La nanotecnología y los láseres figuran entre los campos de investigación y tecnología más exitosos y activos de las últimas décadas y ofrecen un gran potencial cuando se combinan. Varias técnicas basadas en láser permiten la nanoestructuración de superficies de metal, semiconductor e incluso vidrio, que luego se emplean en detección, imagen, energía solar y biomedicina. Tales técnicas láser incluyen, sin limitarse a ellas, la formación de estructuras periódicas de superficie inducidas por láser (LIPSS), la litografía por interferencia láser (LIL) y la estructuración por interferencia láser directa (DLIP).
LIPSS
La formación de LIPSS, también conocidas como ondulaciones o nanoondulaciones, es una técnica de escritura láser directa para fabricar nanoestructuras de tipo red. Las LIPSS se originan en la interferencia de la luz láser incidente/refractada con la luz dispersada o difractada cerca de la superficie. La técnica ha suscitado gran interés por su sencillez y robustez, ya que su fabricación puede realizarse en aire ambiente y es plenamente compatible con las exigencias industriales de coste, fiabilidad y productividad. Según los materiales seleccionados y las condiciones de irradiación, el procesado de LIPSS permite diversos tipos de funcionalización de superficie mediante distintos periodos, que van desde unas pocas decenas de nanómetros hasta varios micrómetros.
LIL y DLIP
LIL y DLIP se basan en la interferencia láser de la luz láser incidente. Dos o más haces láser se superponen en los dominios espacial y temporal, creando un patrón de interferencia cuyo periodo puede descender a una escala de sublongitud de onda. En LIL, el patrón se registra primero en un medio sensible a la luz y después se transfiere al material de interés. Por el contrario, DLIP permite una estructuración directa del material. En las condiciones de irradiación adecuadas, la superficie se funde o incluso se elimina por ablación en los picos de intensidad. Dada la gran anchura espectral inherente de los pulsos láser ultracortos y su impacto en los patrones de interferencia resultantes, las técnicas LIL y DLIP suelen limitarse a duraciones de pulso en el intervalo de los ps o más largas. Ello no constituye, sin embargo, un problema gracias a la sintonizabilidad de la duración de pulso hasta 20 ps, una característica de los láseres de femtosegundo CARBIDE y PHAROS.
Elección de una técnica
Al elegir la técnica, deben considerarse varios aspectos. En LIL y DLIP, el periodo del patrón de interferencia se controla mediante la longitud de onda de la irradiación láser y el ángulo de incidencia entre los haces interferentes. No obstante, el periodo mínimo está limitado por el límite de difracción óptica. Así, si se desea un tamaño de motivo inferior a 100 nm, conviene recurrir a LIPSS. Otro aspecto es la profundidad de modulación del patrón nanoestructurado. La profundidad del patrón DLIP puede controlarse de forma independiente mediante la energía de pulso láser y el número de pulsos aplicados. Aunque se espera una relación similar para LIPSS, suele ser más difícil de controlar. Las estructuras DLIP pueden presentar profundidades de modulación y regularidad significativamente mayores sobre una gran superficie.
Fabricación de sensores SERS
Fabricación de sensores SERS. Imagen SEM de la superficie de Ti-6Al-4V (TC4) tras irradiación con un barrido láser progresivo.
Dónde se utilizan las superficies nanoestructuradas
Las superficies nanoestructuradas se utilizan ampliamente en detección, p. ej. en espectroscopia Raman aumentada por superficie (SERS), donde una superficie metálica rugosada aumenta la dispersión Raman de las moléculas de analito adsorbidas en varios órdenes de magnitud. Asimismo, materiales nanoestructurados, como el silicio negro, han despertado interés en fotodetectores y células solares. Las puntas de silicio micrométricas atrapan la luz incidente y proporcionan a continuación una elevada absortancia en los intervalos espectrales visible e infrarrojo. Además, LIPSS y otras técnicas de nanoestructuración permiten superficies hidrófobas e hidrófilas para la ingeniería automovilística y aeroespacial, superficies antibacterianas y repelentes de células o estimulantes de células para aplicaciones médicas, y muchas otras aplicaciones. Los láseres de femtosegundo CARBIDE y PHAROS se utilizan ampliamente para estas técnicas de nanoestructuración de superficies.
