STUDY OF VOXEL TEMPERATURE DURING 3D DIRECT LASER WRITING: in-situ local temperature measurement of pure and photoinitiator-doped SZ2080 photoresist using Upconverting Nanocrystals

Abstract

Nesta dissertação irá ser apresentado um método de medição da variação da temperatura local em amostras de pré-polímero SZ2080 puro e dopado com foto-iniciadores durante o processo de 3D direct laser writing, recorrendo a upconverting nanocrystals (UCNCs) como nano-termómetros ópticos. Para isso foi concebido e desenvolvido um set-up óptico para este estudo, capaz de simultâneamente realizar o processo de direct laser writing e capturar o espectro de fluorescência emitido pelos UCNCs presentes nas amostras de SZ2080. A medição das temperaturas locais foi realizada recorrendo ao cálculo do rácio da intensidade de fluorescência (FIR) usando os espectros capturados provenientes dos UCNCs. O set-up desenvolvido neste estudo executou com êxito as calibrações dos valores de FIR com a temperatura, posteriormente usadas para as medições da temperatura local nas amostras de SZ2080 puras e dopadas com foto-iniciadores durante o processo de direct laser writing. As medições realizadas in-situ dos valores para as temperaturas locais, utilizando o mesmo set-up, não apresentam nenhum aumento da temperatura tanto para as amostras de SZ2080 puro como para as amostras de SZ2080 dopado com foto-iniciadores.-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

In this work we will be presenting a method to measure local temperature differences in photoinitiator (PI) doped and undoped SZ2080 photoresist samples during the process of 3D direct laser writing, using upconversion nanocrystals (UCNCs) as optical nanothermometers. For this an optical set-up was designed and developed in this work for a simultaneous direct laser writing and gathering of upconversion fluorescence spectra emmitted by the UCNCs present in the SZ2080 samples. The local temperature measurements were made recurring to fluorescence intensity ratio (FIR) calculations using the captured UCNCs spectra. The set-up built in this work was successfully able to perform FIR temperature calibrations, later used for local temperature measurements on our PI doped and undoped SZ2080 photoresist samples during laser writing. Upon measuring the in-situ local temperature values, using the same set-up, no temperature increase was observed for both PI-doped and undoped SZ2080 samples. -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------