Stelzl, S. (2021). Microscale 2D and 3D photolithography of cellulose nanocrystal composites [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. https://doi.org/10.34726/hss.2021.86514
E308 - Institut für Werkstoffwissenschaft und Werkstofftechnologie
-
Date (published):
2021
-
Number of Pages:
93
-
Keywords:
3D Nanolithography; Two-photon lithography composites
en
Abstract:
Photolithographie ist eine der Schlüsseltechnologien in der Herstellung von Mikroelektronik und mikro elektromechanischen Systemen (MEMS) und hat dadurch maßgeblich zur Entwicklung unserer modernen Gesellschaft beigetragen. Durch die Entwicklung der Zwei-Photonen-Lithographie, die Auflösungen < 100 nm ermöglicht, wurde der Werkzeugkasten der Wissenschaft um ein wertvolles Gerät erweitert. Im Zuge dieser Diplomarbeit wurden zwei kommerziell erhältliche Photolacke (IP-S und SU-8) als Basiskomponente verwendet, die mit nanokristalliner Zellulose verstärkt wurden. Da Nanozellulose aus verschiedensten Zellulosequellen gewonnen werden kann und beeindruckende mechanische Eigenschaften aufweist, ist sie ein nachhaltig gewinnbares, vielversprechendes Füllmaterial. Mit den unterschiedlichen Mischungen aus Nanozellulose und Photolack wurde durch 2D und 3D Photolithographie verschiedenste Strukturen für mechanische Tests gedruckt. Dabei wurden die besten Resultate mit einer Mischung erzielt, die aus IP-S als Basismaterial besteht, in das mithilfe von γ-Butyrolacton Nanozellulose eingebracht wurde. Die beeindruckende Auflösung im unteren, einstelligen Mikrometerbereich ermöglichte das Drucken von komplexeren Architekturen wie Zugproben und zelluläre Strukturen, die zur weiteren Untersuchung des mechanischen Verhaltens verwendet wurden. Die Tests an diesem System ergaben, dass die mechanischen Eigenschaften mit dem Zellulosegehalt stark ansteigen, jedoch mit der Laserpower, die beim Drucken verwendet wird, abnehmen.
de
Photolithography is a key technique for modern technologies like microelectronics and micro electromechanical systems (MEMS). With the development of two-photon-lithography, a sub-micrometer resolution 3D printing method, an important new tool for Materials Scientists was created. In this thesis, IP-S and SU-8, two commercially available photoresists, were used as polymer matrices for cellulose nanocrystal reinforced composites. Due to the abundancy of cellulose and the outstanding material properties of nanocellulose, these anisotropic particles are a promising reinforcement filler. 2D and 3D photolithography was performed with varying compositions to print different structures for micromechanical testing of the composites. The best results were achieved with an IP-S system, in which the nanocellulose was introduced with γ-butyrolactone. The impressive resolution in the lower one-digit micrometer range enabled the printing of cellular structures and tensile specimens for further mechanical investigation. It was found that the mechanical properties of this system increase remarkably with the CNC content and decrease with the laser power used for 3D printing.