Impression nanométrique par laser

Double-pulse laser-induced forward transfer

• Auteur / Autrice : Qingfeng Li
• Direction : Philippe Delaporte, David Grojot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et sciences de la matière
• Date : Soutenance le 15/01/2019
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire lasers, plasmas et procédés photoniques (LP3) (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Bonod
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marti Duocastella, Maria Dinescu, Anne Patricia Alloncle
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pere Serra, Craig B. Arnold

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bitstream FaceLift (logiciel)

Lasers

Bioimpression

Mots clés libres

Laser

Impression

Métal

Nano-Gouttes

Micro/nano-Fabrication

Laser

Printing

Metal

Nanodots

Micro/nano-Fabrication

Résumé

Pour résoudre la limitation inhérente au procédé d’impression laser LIFT, une approche utilisant une double impulsion (DP-LIFT) a été développée au cours de cette thèse. Dans ce processus, une irradiation laser de durée de quelques dizaines de microsecondes crée un bain de métal en fusion et une seconde impulsion ultra-brève induit le mouvement du fluide, la formation d’un jet ou d’une goutte et le transfert du métal liquide. Cette thèse présente une étude expérimentale détaillée sur le processus DP-LIFT. L'influence des paramètres des deux irradiations laser a été étudiée en s’appyuant sur un ensemble de méthodes d'observation. Pour étudier l’influence de ces paramètres sur la dynamique de l’éjection, un modèle basé sur la conservation de l’énergie a été utilisé. De plus, nous avons démontré que, pour certaines configurations des diamètres respectifs des deux spots lasers, des nanojets focalisés étaient générés. Enfin, en conservant une épaisseur fixe du film métallique, des gouttelettes uniques, sans débris, d'un diamètre allant de 670 nm à 6,0 µm ont été imprimées avec une reproductibilité élevée. des matrices de piliers ont également été imprimées pour démontrer le potentiel de la méthode LIFT à double impulsion pour la fabrication de micro-structures 3D

To solve the inherent limitation of Laser-induced Forward Transfer (LIFT), a double pulse LIFT (DP-LIFT) approach has been developed in this thesis. In this process, a first long pulse laser irradiation creates a melted metal pool and a second ultrashort pulse induces the fluid motion and initiates the jetting transfer. This thesis provides a detailed experimental study on the DP-LIFT process. The influence of double pulse parameters on the jetting phenomena has been carefully studied by means of various observation methods. To predict the jetting behaviors, an energy balanced model has been used. Moreover, we demonstrated that for some configurations of the respective diameters of the two lasers, focused nanojets are generated from the melting pool. Finally, from a fixed thickness of the donor film, debris-free single droplets with diameters ranging from 670 nm to 6.0 µm have been printed with high reproducibility. 2.5 D pillars matrix are printed to demonstrate the potential of the double pulse LIFT method for the fabrication of 3D micro-structures.