东京大学开发了一种名为激光辅助直接辊压压印(LADRI)的高通量制造方法，以降低大面积聚合物薄膜的纳米压印成本。该研究以“Laser-assisted direct roller imprinting of large-area microstructured optical surfaces”为题发表在《Microsystems & Nanoengineering》上。
本研究开发了一种名为激光辅助直接辊压压印(LADRI)的高通量制造方法，以降低大面积聚合物薄膜的纳米压印成本，并解决与纳米压印相关的问题，即微结构损伤和整个薄膜的平整度精度。利用 LADRI，激光直接加热滚筒模具的微结构表面，从而加热并熔化聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)薄膜表面，快速复制模具上的微结构。本研究通过实验研究了激光功率密度、扫描速度、微结构尺寸和接触压力对复制速度的影响。复制速度随着功率和扫描速度的增加而提高。然而，由于薄膜需要加热直至充满整个微结构深度，因此需要适当的复制速度。利用瞬态热传导分析对模具和 PMMA 内部的温度分布进行了模拟，从而证实了这一结果。为了展示LADRI的应用，研究人员复制了两种不同的光学表面：一种是具有数百纳米锥形结构的抗反射(AR)结构，另一种是具有由10μm 透镜组成的微透镜阵列(MLA)的吸光结构，分别用于显示和照明。MLA的复制程度受接触压力的影响。聚合物流动模拟表明，熔融的PMMA 表面的热传导和流动速度在几十微米范围内相当。此外，AR 结构的反射率从 4% 降至 0.5%，吸光结构的光强度增加了 1.47 倍。
图 1：激光辅助直接辊压压印(LADRI)。
图 2：实验装置和样品图片。
图 3：非稳态热传导结果。
图 4：不同功率水平和照射时间下的有限元计算和实验结果。
图 5：复制的AR结构。
图 6：抗反射结构复制结果。
图 7：MLA 复制结果。
图 8：复制的MLA薄膜对有机电致发光的吸光演示。
该研究设计了一种新的大面积微结构复制方法LADRI，它结合了LADI和辊压印的概念。通过复制实验和利用衍射图样进行有限元热模拟，研究了激光功率和扫描速度对复制特性的影响。模拟结果与实验结果一致，并成功证明了LADRI的高效性。研究发现，75 微米厚的PMMA 薄膜不会出现皱褶，因为只有表面被加热和冷却。由于镍模具的热膨胀系数与 PMMA薄膜的热膨胀系数不同，对局部升温和残余应力进行了定量研究。进一步证明了抗反射和吸光结构这两种光学应用的光学性能的提高。此外，研究还阐明了聚合物的流体动力学和压力对 LADRI复制10 微米以下结构的复制程度的依赖性。
