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Fallstudien

Charakterisierung von Oberflächen mit strukturellen Farben aufgrund interner Totalreflexion

Advanced Manufacturing, Fallstudien, Optical components
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Die Fakultät für Chemie der Penn State University und ihre lebendige und kooperative akademische Gemeinschaft steht für Spitzenleistungen in den chemischen Wissenschaften.

Die Zusammenarbeit mit Sensofar zur Auswahl des am besten für die jeweiligen Proben und Bildgebungsanforderungen geeigneten Profilometers und der Zusatzoptionen war eng

Unsere Forschung befasst sich mit dem Design von Mikrostrukturen, die Interferenzfarben erzeugen. Unser erster Bericht über diesen optischen Mechanismus erschien in Goodling, A. E., et al. (2019). „Colouration by total internal reflection and interference at microscale concave interfaces.“ Nature 566(7745): 523-527. In Mikrostrukturen wird Licht durch Totalreflexion reflektiert. Die Lichtstrahlen durchlaufen unterschiedliche Reflexionswege wodurch optische Interferenzen entstehen.

Wir gestalten mikrostrukturierte Oberflächen zur Steuerung der Lichtreflexion und der durch diese resultierenden Farben. Zur Korrelierung der optischen Eigenschaften mit den Oberflächengeometrien ist die Messung der Oberflächentopografie erforderlich. Die Geometrien von Mikrostrukturen, wie Tiefe, Breite, Winkel und Oberflächenrauigkeit, beeinflussen die optischen Eigenschaften. Wir nutzen das optische Profilometer zur Charakterisierung der Oberflächenprofile von Mikrostrukturen und der Gleichmäßigkeit der Oberfläche. Gelegentlich weisen die Strukturen steile Winkel auf. Zur möglichst genauen Bestimmung der Mikrostrukturgeometrie muss daher die Möglichkeit zur Nutzung verschiedener Arten der Oberflächenprofilierung gegeben sein.

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Mit dem Profilometer konnten wir unsere mikrostrukturierten Oberflächen mit hoher räumlicher Auflösung in XYZ abbilden. Auf diese Weise haben wir wichtige Informationen über die Oberflächenrauheit unserer Proben gewonnen: die Reproduzierbarkeit nach der strukturellen Replikation und die Variationen auf der Oberfläche, die sich auf die optischen Eigenschaften auswirken können.

Das Sensofar S lynx Profilometer war dank der vielseitigen Bildgebungsmodi die beste Option für uns. In manchen Fällen benötigen wir eine hohe Genauigkeit bei der Höhenverteilung entlang der Oberfläche und entscheiden uns für die Interferenz mit weißem Licht. In anderen Fällen, in denen Informationen über Seitenwände von Mikrostrukturen mit relativ steilen Winkeln im Vordergrund stehen, geben wir der konfokalen Bildgebung den Vorzug. Der Sensofar S lynx bietet beide Bildgebungsmodalitäten und damit Zugriff zu mehr Informationen über unsere Proben als der Einsatz eines konfokalen Profilers oder eines Weißlicht-Interferometer alleine. Die Zusammenarbeit mit Sensofar zur Auswahl des am besten für die jeweiligen Proben und Bildgebungsanforderungen geeigneten Profilometers und der Zusatzoptionen war eng.

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