Способ записи изображений
Владельцы патента RU 2568143:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт механики Уральского отделения Российской академии наук (RU)
Изобретение относится к области записи изображений. Способ заключается в том, что на стеклянной подложке формируют светочувствительный слой пленки из однослойных углеродных нанотрубок, содержащих инкапсулированные наночастицы железа. Поверх пленки наносят слой раствора кислоты и облучают пленку сфокусированным излучением лазера по заданной программе с целью получения нужного изображения. Запись изображения на пленке осуществляется за счет химических реакций, возникающих при лазерном нагреве между инкапсулированными в нанотрубках наночастицами железа и раствором кислоты, нанесенного поверх пленки до процедуры записи. Технический результат - упрощение способа записи изображения и снижение энергопотребления. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области записи изображений и может быть использовано в оптическом приборостроении для создания фотошаблонов микросхем, формирования дифракционных оптических элементов, шкал и сеток различных оптических приборов и т.д.
Известен способ записи дифракционных структур за счет селективного испарения непрозрачной металлической пленки, нанесенной на стеклянную подложку, при интерференции двух когерентных мощных пучков лазера [Михеев Г.М., Зонов Р.Г., Калюжный Д.Г. // Изв. вузов. Приборостроение. 2004. Т. 47. №8. С. 62-66]. Этот способ является модернизацией хорошо известного способа точечного испарения непрозрачной металлической пленки сфокусированным пучком лазера, пригодного для записи изображений различных элементов. Однако при этом можно получить только «негатив» изображения. Кроме того, для локального испарения металлической пленки требуются большие плотности лазерной мощности. Плотность мощности лазерного излучения можно увеличить с помощью короткофокусных объективов. Применение короткофокусных объективов порождает серьезную технологическую проблему, которая заключается в загрязнении объектива частицами испаряющейся металлической пленки.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ записи изображений, заключающийся в следующем [Кирьянов В.П., Никитин В.Г. К вопросу о механизме записи изображений в пленках хрома // Автометрия. 2004. Т. 40. №2. С. 59-68]. На стеклянную подложку в условиях вакуума наносят тонкий, практически прозрачный слой хрома. На слое хрома с помощью сфокусированного луча за счет термофизических процессов формируют скрытое изображение. Далее пленку помещают в селективный травитель, в результате чего необлученные лазером участки хромовой пленки селективно вытравливаются. Таким образом, происходит проявление скрытого изображения, сформированного на стадии экспозиции пленки. Этот способ записи изображений требует применения вакуумно-технологической установки для нанесения тонких пленок на подложку. Для получения скрытого изображения нужны плотности мощности лазерного излучения на уровне (1÷3)·106 Вт/см2, кроме того для проявления скрытого изображения нужно использовать селективный травитель [Коронкевич В.П., Полещук А.Г., Чурин Е.Г., Орлов Ю.И. // Квантовая электроника. 1985. Т. 12. №4. С. 755-761].
Задачей изобретения является упрощение способа записи изображений.
Задача решается способом, в котором в качестве светочувствительной пленки используют пленку из однослойных углеродных нанотрубок, содержащих инкапсулированные наночастицы железа.
В качестве подложки для пленки из однослойных углеродных нанотрубок используют стеклянную пластину.
Поверх пленки из однослойных углеродных нанотрубок наносят слой раствора кислоты.
В качестве раствора кислоты выбирают раствор серной или соляной кислоты.
Возможно использование в качестве подложки материала, выделяющего кислотосодержащие соединения при нагреве выше 200°С.
В качестве материала, выделяющего кислотосодержащие соединения, используют полиэтилентерефталат, или поликарбонат, или полихлорвинил.
Техническим результатом является упрощение способа записи изображения и уменьшение энергопотребления за счет уменьшения мощности лазера, используемого для записи.
На фиг. 1 изображена дифракционная решетка (последовательность параллельных линий), полученная на тонкой пленке из однослойных углеродных нанотрубок на подложке из полиэтилентерефталата.
На фиг. 2 показаны спектры КРС участков пленки из однослойных углеродных нанотрубок подложке из полиэтилентерефталата до (кривая 1) и после (кривая 2) облучения их излучением гелий-неонового лазера на длине волны 632.8 нм с плотностью мощности 2,5·105 Вт/см2.
Способ записи изображений заключается в следующем. На гладкой подложке формируют тонкую полупрозрачную пленку из однослойных углеродных нанотрубок, содержащих инкапсулированные наночастицы железа. Подложка может быть выполнена из стеклянной пластины. Тонкая полупрозрачная пленка из углеродных нанотрубок осаждается на круглом фильтре из нитроцеллюлозы диаметром 2,45 см с помощью сухого аэрозольного метода [Nasibulin A.G., Moisala A., Brown D.P. et al. A novel aerosol method for single walled carbon nanotube synthesis. Chem. Phys. Lett. 2005. V. 402. No 1-3. P. 227-232], после чего пленка с фильтра переносится на подложку. Предварительно до процедуры записи изображений поверх пленки из однослойных углеродных нанотрубок наносится тонкий слой слабого раствора кислоты (серной или соляной).
Возможно использование подложки из материала, выделяющего кислотосодержащие соединения при нагреве выше 200°С без нанесения тонкого слоя слабого раствора кислоты поверх пленки. В качестве такого материала используют полиэтилентерефталат, или поликарбонат, или полихлорвинил.
Далее подложку с пленкой располагают на двухкоординатном столе. Двухкоординатный стол может быть автоматизирован и работать под управлением компьютера. Лазер устанавливают напротив двухкоординатного стола, и его излучение с помощью объектива фокусируют на поверхность пленки из однослойных углеродных нанотрубок. Нужное изображение, заложенное в памяти компьютера, записывают на пленке из однослойных углеродных нанотрубок путем автоматического сканирования двухкоординатного стола по заданной программе. Запись изображения также возможна путем автоматического сканирования лазерного пучка относительно неподвижной подложки с пленкой из однослойных углеродных нанотрубок. Управление двухкоординатным столом возможно также вручную.
Запись изображения на поверхность пленки, находящейся на стеклянной подложке, происходит за счет химических реакций, возникающих при лазерном нагреве между инкапсулированными в нанотрубках наночастицами железа и раствором кислоты, нанесенного поверх пленки до процедуры записи. В результате химических реакций инкапсулированные наночастицы железа образуют химические соединения, имеющие меньшую оптическую плотность, вследствие чего оптическая плотность участка пленки, находящейся под воздействием лазерного излучения, уменьшается, т.е. в точке лазерного воздействия пленка из однослойных углеродных нанотрубок становится более прозрачной.
Запись изображения на поверхность пленки, находящейся на подложке из материала, выделяющего кислотосодержащие элементы при нагреве выше 200°C, происходит за счет химических реакций между инкапсулированными в нанотрубках наночастицами железа и кислотосодержащими соединениями, выделившимися из подложки во время лазерного нагрева. В результате химических реакций инкапсулированные наночастицы железа образуют химические соединения, имеющие меньшую оптическую плотность, вследствие чего оптическая плотность участка пленки, находящейся под воздействием лазерного излучения уменьшается, т.е. в точке лазерного воздействия пленка из однослойных углеродных нанотрубок становится более прозрачной.
Химические реакции с участием инкапсулированных наночастиц железа и кислотосодержащих соединений не приводят к существенному изменению спектра КРС облученных участков, что говорит о том, углеродные нанотрубки не участвуют в химических реакциях под воздействием лазерного излучения. Однако видно, что интенсивность спектра КРС облученного участка ниже, чем интенсивность спектра КРС необлученного участка, что свидетельствует о том, что некоторая часть нанотрубок в процессе лазерного воздействия сжигается. Вдобавок, интенсивность спектра КРС облученного участка пленки углеродных нанотрубок на стеклянной подложке без нанесения поверх кислоты также ниже, чем интенсивность спектра КРС необлученного участка пленки углеродных нанотрубок на стеклянной подложке без нанесения поверх кислоты. При этом воздействие лазерного излучения на пленку из углеродных нанотрубок на стеклянной подложке без нанесения поверх кислоты не приводит к просветлению облученной области. Все это подтверждает тот факт, что углеродные нанотрубки не участвуют в химических реакциях, но участвуют инкапсулированные наночастицы железа и кислотосодержащие соединения. Необходимо отметить, что мощность лазера на выходе из объектива при снятии спектров КРС была в несколько раз меньше мощности, вызывающей необратимые химические реакции.
Пример осуществления изобретения
Способ записи изображений по данному изобретению был продемонстрирован на примерах записи параллельных и взаимно перпендикулярных линий на пленке из однослойных углеродных нанотрубок, сформированной на стеклянной подложке, и покрытых слоем раствора серной кислоты, а также записи параллельных и взаимно перпендикулярных линий на пленке из однослойных углеродных нанотрубок, сформированной на подложке из материала, выделяющего кислотосодержащие соединения при нагреве выше 200°C.
Пленки из однослойных углеродных нанотрубок были получены сухим аэрозольным методом [Nasibulin A.G., Moisala A., Brown D.P. et al. A novel aerosol method for single walled carbon nanotube synthesis. Chem. Phys. Lett. 2005. V. 402. No 1-3. P. 227-232] и содержали инкапсулированные наночастицы железа. Средние длина и диаметр нанотрубок составляли 1225 нм и 6 нм соответственно.
Лазерным источником служил гелий-неоновый лазер на длине волны излучения 632.8 нм. Излучение лазера фокусировалось на пленку из однослойных углеродных нанотрубок, расположенную на двухкординатном столике. Для фокусировки излучения использовались стандартные микрообъективы (10Х NA 0.25, 50Х NA 0.7, 100Х NA 0.9). Мощность излучения лазера на выходе объектива (100Х NA 0.9) находилась на уровне 8,5 мВт, при этом диаметр лазерного пятна на поверхности пленки составлял 2 мкм. В результате плотность мощности в точке воздействия излучения на пленку была не более 2,7·105 Вт/см2. Кратковременное воздействие лазерного излучения на пленку приводило к просветлению пленки с образованием диска, имеющего диаметр от 10 до 20 мкм, в зависимости от времени облучения (доли секунд или секунды). При ручном непрерывном перемещении исследуемого образца с помощью двухкоординатного стола, например, вдоль оси у, на пленке из однослойных углеродных нанотрубок образовывалась линия, толщина которой варьировалась от 10 до 20 мкм в зависимости от скорости движения луча лазера (от 0.4 мм/с до 10 мм/с) по поверхности пленки. Далее можно было «начертить» следующую линию, которая была параллельна первой и располагалась на некотором расстоянии от первой. Таким образом, на пленке из однослойных углеродных нанотрубок можно было получить изображение большого числа параллельных линий, представляющих собой дифракционную решетку (см. фиг. 1).
Таким образом, при использовании гелий-неонового лазера на длине волны 632.8 нм и ручном сканировании нами была достигнута плотность записи до 50 линий на один миллиметр. Дальнейшее увеличение плотности записи изображения может быть достигнуто за счет автоматического сканирования с достаточно большой скоростью движения пленки относительно сфокусированного луча, а также применения лазера, например гелий-кадмиевого, с длиной волны 440 или 325 нм, позволяющего получить меньший диаметр сфокусированного пучка. При этом может быть достигнута плотность записи свыше 1000 линий на один миллиметр. Предложенный способ упрощает процесс записи изображения и уменьшает энергопотребление за счет уменьшения мощности лазера, используемого для записи.
1. Способ записи изображений, включающий формирование на подложке светочувствительной пленки, экспозицию ее сфокусированным излучением лазера, отличающийся тем, что в качестве светочувствительной пленки используют пленку из однослойных углеродных нанотрубок, содержащих инкапсулированные наночастицы железа.
2. Способ записи изображений по п. 1, отличающийся тем, что подложка выполнена из стеклянной пластины.
3. Способ записи изображений по п. 2, отличающийся тем, что поверх пленки из однослойных углеродных нанотрубок наносят слой раствора кислоты.
4. Способ записи изображений по п. 3, отличающийся тем, что в качестве раствора кислоты выбирают раствор серной или соляной кислоты.
5. Способ записи изображений по п. 1, отличающийся тем, что в качестве подложки используют материал, выделяющий кислотосодержащие соединения при нагреве выше 200°C.
6. Способ записи изображений по п. 5, отличающийся тем, что в качестве материала, выделяющего кислотосодержащие соединения, используют полиэтилентерефталат, или поликарбонат, или полихлорвинил.
