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Hierarchical micro-/nano-structures on polycarbonate via UV pulsed laser processing

  • Hierarchical micro/-nanostructures were produced on polycarbonate polymer surfaces by employing a two-step UV-laser processing strategy based on the combination of Direct Laser Interference Patterning (DLIP) of gratings and pillars on the microscale (3 ns, 266 nm, 2 kHz) and subsequently superimposing Laser-induced Periodic Surface Structures (LIPSS; 7–10 ps, 350 nm, 100 kHz) which adds nanoscale surface features. Particular emphasis was laid on the influence of the direction of the laser beam polarization on the morphology of resulting hierarchical surfaces. Scanning electron and atomic force microscopy methods were used for the characterization of the hybrid surface structures. Finite-difference time-domain (FDTD) calculations of the laser intensity distribution on the DLIP structures allowed to address the specific polarization dependence of the LIPSS formation observed in the second processing step. Complementary chemical analyzes by micro-Raman spectroscopy and attenuated totalHierarchical micro/-nanostructures were produced on polycarbonate polymer surfaces by employing a two-step UV-laser processing strategy based on the combination of Direct Laser Interference Patterning (DLIP) of gratings and pillars on the microscale (3 ns, 266 nm, 2 kHz) and subsequently superimposing Laser-induced Periodic Surface Structures (LIPSS; 7–10 ps, 350 nm, 100 kHz) which adds nanoscale surface features. Particular emphasis was laid on the influence of the direction of the laser beam polarization on the morphology of resulting hierarchical surfaces. Scanning electron and atomic force microscopy methods were used for the characterization of the hybrid surface structures. Finite-difference time-domain (FDTD) calculations of the laser intensity distribution on the DLIP structures allowed to address the specific polarization dependence of the LIPSS formation observed in the second processing step. Complementary chemical analyzes by micro-Raman spectroscopy and attenuated total reflection Fourier-transform infrared spectroscopy provided in-depth information on the chemical and structural material modifications and material degradation imposed by the laser processing. It was found that when the linear laser polarization was set perpendicular to the DLIP ridges, LIPSS could be formed on top of various DLIP structures. FDTD calculations showed enhanced optical intensity at the topographic maxima, which can explain the dependency of the morphology of LIPSS on the polarization with respect to the orientation of the DLIP structures. It was also found that the degradation of the polymer was enhanced for increasing accumulated fluence levels.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:Marek Mezera, S. Alamri, W. A. P. M. Hendriks, Andreas HertwigORCiD, Anna Maria ElertORCiD, Jörn BonseORCiD, T. Kunze, A. F. Lasagni, G. R. B. E. Römer
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Nanomaterials
Jahr der Erstveröffentlichung:2020
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.2 Material- und Oberflächentechnologien
6 Materialchemie / 6.6 Physik und chemische Analytik der Polymere
6 Materialchemie / 6.7 Materialsynthese und Design
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:MDPI
Verlagsort:Basel
Jahrgang/Band:10(6)
Ausgabe/Heft:Special issue "Laser-generated periodic nanostructures"
Erste Seite:1184-1
Letzte Seite:1184-19
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Angewandte Physik
Freie Schlagwörter:Direct laser interference patterning; Hierarchical structures; Laser-induced periodic surface structures (LIPSS); Polycarbonate; Surface functionalization
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Energie
Material
Material / Nano
DOI:10.3390/nano10061184
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-509101
ISSN:2079-4991
Zugehöriger Identifikator:https://opus4.kobv.de/opus4-bam/frontdoor/index/index/docId/53099
Zugehöriger Identifikator:https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-535146
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:22.06.2020
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:29.06.2020
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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