सूक्ष्म और नैनो निर्माण
सतह नैनोसंरचना
कई लेज़र विधियाँ धातु, अर्धचालक, काँच आदि सतहों पर सूक्ष्म/नैनो संरचना बनाती हैं।
उत्पाद परिचय
सतह नैनोसंरचना क्या समाहित करती है
नैनोप्रौद्योगिकी और लेज़र पिछले दशकों के सर्वाधिक सफल और सक्रिय अनुसंधान व प्रौद्योगिकी क्षेत्रों में हैं तथा संयुक्त होने पर महान संभावना प्रदान करते हैं। कई लेज़र-आधारित तकनीकें धातु, अर्धचालक अथवा यहाँ तक कि काँच की सतह नैनोसंरचना सक्षम बनाती हैं, जिनका तत्पश्चात संवेदन, चित्रण, सौर ऊर्जा और जैवचिकित्सा में प्रयोग होता है। ऐसी लेज़र-आधारित तकनीकों में लेज़र-प्रेरित आवर्ती सतह संरचनाओं (LIPSS) का निर्माण, लेज़र व्यतिकरण लिथोग्राफी (LIL) और डायरेक्ट लेज़र व्यतिकरण पैटर्निंग (DLIP) सम्मिलित हैं, किंतु इन्हीं तक सीमित नहीं हैं।
LIPSS
LIPSS का निर्माण, जिन्हें रिपल या नैनोरिपल भी कहा जाता है, ग्रेटिंग-सदृश नैनोसंरचनाएँ विनिर्मित करने की एक डायरेक्ट लेज़र राइटिंग तकनीक है। LIPSS आपतित/अपवर्तित लेज़र प्रकाश के सतह के निकट प्रकीर्णित या विवर्तित प्रकाश के साथ व्यतिकरण से उत्पन्न होते हैं। यह तकनीक अपनी सरलता और सुदृढ़ता के कारण अत्यधिक रुचि प्राप्त कर चुकी है, क्योंकि इसका विनिर्माण परिवेशी वायु में किया जा सकता है और यह लागत, विश्वसनीयता तथा उत्पादकता संबंधी औद्योगिक अपेक्षाओं के पूर्णतः अनुकूल है। चयनित सामग्रियों और विकिरण स्थितियों के अनुसार LIPSS प्रसंस्करण विभिन्न आवर्तकालों के माध्यम से विविध प्रकार के सतह प्रकार्यकरण सक्षम बनाता है, जो कुछ दसियों नैनोमीटर से कई माइक्रोमीटर तक होते हैं।
LIL और DLIP
LIL और DLIP आपतित लेज़र प्रकाश के लेज़र व्यतिकरण पर निर्भर करते हैं। दो या अधिक लेज़र किरणें स्थानिक और कालिक प्रक्षेत्र में अध्यारोपित की जाती हैं, जिससे उप-तरंगदैर्घ्य पैमाने तक आवर्तकाल वाला व्यतिकरण पैटर्न बनता है। LIL में पैटर्न को पहले एक प्रकाश-संवेदी माध्यम में अंकित किया जाता है और तत्पश्चात रुचि की सामग्री में स्थानांतरित किया जाता है। इसके विपरीत, DLIP सामग्री का प्रत्यक्ष संरचनाकरण सक्षम बनाता है। उपयुक्त विकिरण स्थितियों पर सतह तीव्रता के शिखरों पर पिघलती है अथवा यहाँ तक कि ऐब्लेट भी हो जाती है। अल्ट्राशॉर्ट लेज़र पल्स की अंतर्निहित वृहत स्पेक्ट्रल बैंडविड्थ और परिणामी व्यतिकरण पैटर्नों पर उसके प्रभाव को देखते हुए, LIL और DLIP तकनीकें प्रायः ps-परिसर या उससे लंबी पल्स अवधियों तक सीमित रहती हैं। तथापि, 20 ps तक पल्स अवधि की ट्यूनैबिलिटी — CARBIDE और PHAROS फेमटोसेकंड लेज़र की एक विशेषता — के साथ यह समस्या नहीं है।
तकनीक का चयन
तकनीक चुनते समय कई पहलुओं पर विचार करना होता है। LIL और DLIP में व्यतिकरण पैटर्न का आवर्तकाल लेज़र विकिरण की तरंगदैर्घ्य और व्यतिकारी किरणों के बीच आपतन कोण द्वारा नियंत्रित होता है। तथापि, न्यूनतम आवर्तकाल प्रकाशिक विवर्तन सीमा द्वारा सीमित होता है। अतः यदि उप-100 nm अभिलक्षण आकार वांछित हो, तो LIPSS का चयन करना चाहिए। एक अन्य पहलू नैनोसंरचित पैटर्न की मॉड्यूलेशन गहराई है। DLIP पैटर्न की गहराई लेज़र पल्स ऊर्जा और प्रयुक्त पल्स संख्या द्वारा स्वतंत्र रूप से नियंत्रित की जा सकती है। यद्यपि LIPSS के लिए समान संबंध अपेक्षित है, उसे नियंत्रित करना सामान्यतः अधिक कठिन होता है। DLIP संरचनाओं की मॉड्यूलेशन गहराई और बड़े क्षेत्र पर नियमितता उल्लेखनीय रूप से अधिक हो सकती है।
SERS संवेदक निर्माण
SERS संवेदक निर्माण। प्रगतिशील लेज़र स्कैन से विकिरण के पश्चात Ti-6Al-4V (TC4) सतह का SEM चित्र।
नैनोसंरचित सतहों का उपयोग कहाँ होता है
नैनोसंरचित सतहें संवेदन में व्यापक रूप से प्रयुक्त होती हैं, उदाहरणार्थ सतह-संवर्धित रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी (SERS) में, जहाँ एक खुरदरी धात्विक सतह अधिशोषित एनालाइट अणुओं के रमन प्रकीर्णन को कई कोटि परिमाण से बढ़ाती है। साथ ही, ब्लैक सिलिकॉन जैसी नैनोसंरचित सामग्रियों में फोटोडिटेक्टर और सौर सेलों में रुचि पाई गई है। माइक्रोमीट्रिक सिलिकॉन स्पाइक आपतित प्रकाश को ट्रैप करते हैं, जिससे दृश्य और अवरक्त स्पेक्ट्रल परासों में उच्च अवशोषकता प्राप्त होती है। इसके अतिरिक्त, LIPSS और अन्य नैनोसंरचना तकनीकें ऑटोमोटिव और एयरोस्पेस अभियांत्रिकी के लिए जलविरोधी और जलरागी सतहें, चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए जीवाणुरोधी तथा कोशिका-निवारक या कोशिका-उत्तेजक सतहें, और अनेक अन्य अनुप्रयोग सक्षम बनाती हैं। CARBIDE और PHAROS फेमटोसेकंड लेज़र इन सतह नैनोसंरचना तकनीकों के लिए व्यापक रूप से प्रयुक्त होते हैं।
