Direct laser writing of 3D photonic structures with tunable optical properties

Η απευθείας εγγραφή με λέιζερ μέσω του πολυφωτονικού πολυμερισμού αποτελεί την μοναδική τεχνική κατασκευής τρισδιάστατων μίκρο- και νάνο- δομών. Στην απευθείας εγγραφή με λέιζερ, η δέσμη ενός λέιζερ υπερταχέων παλμών εστιάζετε στον όγκο ενός φωτοευαίσθητου υλικού, εκκινώντας μία διαδικασία πολυφωτονικού πολυμερισμού, αποκλειστικά στην περιοχή εστίασης της δέσμης. Μετακινώντας την δέσμη στις τρείς διαστάσεις, δίνεται η δυνατότητα της κατασκευής τρισδιάστατων δομών μεγάλης ακρίβειας. Τα υλικά που αναπτύχθηκαν σε αυτήν τη εργασία είναι φωτοδομήσιμα υβριδικά υλικά τα οποία συντέθηκαν με την τεχνική sol-gel. Σε αυτήν την εργασία, παρουσιάζουμε για πρώτη φορά την κατασκευή τρισδιάστατων δομών με την χρήση του πολυφωτονικού πολυμερισμού χωρίς την χρήση φωτοεκκινητη. Η διαδικασία αυτή βασίζεται στην σύνθεση ενός καινοτόμου υβριδικού υλικού που περιέχει ένα αλκοξείδιο του βαναδίου, το οποίο παράγει ελεύθερες ρίζες μέσω μίας οξειδοαναγωγικής αντίδρασης η οποία εκκινείται με φώς. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας, υβριδικά οργανικά-ανόργανα υλικά τροποποιήθηκαν με την προσθήκη ενός μορίου που δρα ως πρόδρομο μόριο δημιουργίας κβαντικών τελειών. Το μόριο αυτό προσδένεται χημικά στην οργανική μήτρα των τρισδιάστατων δομών κατά την διαδικασία του πολυφωτονικού πολυμερισμού. Στην συνέχεια οι τρισδιάστατες δομές βυθίζονται σε ένα διάλυμα Na2S (θειούχου νατρίου) οπού δημιουργούνται κβαντικές τελείες CdS (θειούχου καδμίου). Στο τελευταίο τμήμα της παρούσας εργασίας, συντέθηκαν κβαντικές τελείες CdSe-CdS. Ακολουθώντας χημική επεξεργασία της επιφανείας τους, προστέθηκαν λειτουργικές ομάδες οι οποίες οδήγησαν στην ομοιοπολική σύνδεση των κβαντικών τελειών με την επιφάνεια των τρισδιάστατων δομών. Στην συνέχεια κατασκευάστηκαν τρισδιάστατες δομές φωτονικών κρυστάλλων με περίοδο 550 nm με την μέθοδο του πολυφωτονικού πολυμερισμού. Στην συνέχεια η επιφάνεια των τρισδιάστατων δομών καλύφθηκε με τις κβαντικές τελείες δημιουργώντας μια συσκευή που μπορεί να δράσει σαν λέιζερ φωτονικού κρυστάλλου.