مقالة منهجية

A طريقة لصنع النانو سيلفر قطع في 3D

DOI:

10.3791/4399

⸱

نوفمبر 27, 2012

 ,  , 
1School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University , 2Department of Physics, Harvard University

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

كثيرا ما يستخدم ليزر الفيمتو ثانية مباشرة الكتابة لخلق ثلاثية الأبعاد (3D) في أنماط البوليمرات والنظارات. ومع ذلك، والمعادن الزخرفة في 3D لا يزال يشكل تحديا. وصفنا طريقة لافتعال النانو الفضية جزءا لا يتجزأ من داخل البوليمر باستخدام ليزر الفيمتو ثانية تمحورت في 800 نانومتر.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

مجموعة الأدوات القياسية تشمل تقنيات nanofabrication تهدف في المقام الأول إلى خلق أنماط 2D في وسائل الإعلام عازلة. إنشاء أنماط معدنية على نطاق وsubmicron يتطلب مجموعة من الأدوات وnanofabrication عدة خطوات تجهيز المواد. على سبيل المثال، الخطوات لإنشاء الهياكل المعدنية باستخدام ضوئيه مستو فوق البنفسجية والطباعة الحجرية شعاع الإلكترون يمكن أن تشمل التعرض العينة، عينة التنمية، ترسب المعادن، والمعادن الاقلاع. لإنشاء هياكل معدنية 3D، يتم تكرار تسلسل عدة مرات. تعقد وصعوبة التوفيق بين التراص وطبقات متعددة يحد تطبيقات العملية لهيكلة معدنية 3D باستخدام أدوات nanofabrication القياسية. وقد برزت الفيمتو ثانية ليزر مباشرة الكتابة كأسلوب البارز لnanofabrication 3D. وكثيرا ما تستخدم أشعة الليزر الفيمتو ثانية 1،2 لخلق أنماط 3D في البوليمرات والنظارات. 3-7 ومع ذلك، 3D المعادن مباشرة الكتابة لا يزال يشكل تحديا. هنا، ونحنوصف طريقة لافتعال النانو الفضية جزءا لا يتجزأ من داخل البوليمر باستخدام ليزر الفيمتو ثانية تمحورت في 800 نانومتر. طريقة تمكن من تصنيع أنماط غير ممكن باستخدام تقنيات أخرى، مثل صفائف 3D من الفضة voxels قطع .. 8 أنماط قطع معدنية 3D مفيدة لخلايا يتعلق بما وارء حيث وحدة ليست على اتصال مع بعضهم البعض، 9 يقترن مثل المعادن نقطة 10، 11 أو يقترن المعادن قضيب 12،13 مرنانات. وتشمل التطبيقات المحتملة يتعلق بما وارء مؤشر سلبي، عباءات الخفي، والعدسات الكمال.

في الكتابة مباشرة الفيمتو ثانية ليزر، يتم اختيار الطول الموجي الليزر لا يمتص الفوتونات بحيث خطيا على المدى المتوسط ​​الهدف. عندما يتم ضغط مدة نبضة ليزر الفيمتو ثانية إلى النطاق الزمني وتركز بإحكام الإشعاع داخل الهدف، كثافة عالية للغاية الحث امتصاص غير الخطية. يتم امتصاص الفوتونات متعددة في وقت واحدلي أن يسبب التحولات الإلكترونية التي تؤدي إلى تعديل المواد داخل المنطقة تركيزا. باستخدام هذا النهج، يمكن للمرء أن تشكيل هياكل في الجزء الأكبر من مادة وليس على سطحه.

وقد ركزت معظم العمل على 3D الكتابة المعادن مباشر على إنشاء هياكل معدنية النفس التي تدعمها. 14-16 الطريقة الموضحة هنا ينتج الهياكل الفرعية ميكرون الفضة التي لا تحتاج إلى أن تكون النفس التي تدعمها لأن تضمهم داخل المصفوفة. ويتم إعداد مصفوفة البوليمر مخدر باستخدام مزيج من نترات الفضة (AGNO 3)، polyvinylpyrrolidone (PVP) والماء (H 2 O). ثم يتم منقوشة عينات من أشعة الليزر الفيمتو ثانية مع 11-50-ميغاهيرتز إنتاج البقول FS. خلال التشعيع، والتي يسببها اختزال ضوئي الإحداث من خلال امتصاص أيونات الفضة غير الخطية، وخلق إجمالي الفضة النانوية في المنطقة المركزية. باستخدام هذا النهج الذي خلق أنماط الفضة جزءا لا يتجزأ من مصفوفة PVP مخدر. مضيفا ترجمة 3D من لياليوافرة تمتد إلى ثلاثة أبعاد الزخرفة.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. إعداد المعدنية أيون بوليمر فيلم مخدر

  1. قياس 8 مل من الماء في دورق.
  2. إضافة 206 ملغ من PVP في الماء. خلط باستخدام خلاط مغناطيسي أو حتى دوامة الحل واضح.
  3. إضافة ملغ 210 من AGNO 3 إلى الحل. خلط باستخدام خلاط مغناطيسي أو حتى دوامة الحل واضح.
  4. معطف شريحة زجاجية مع حل من خلال صب قطرة.
  5. مكان شريحة زجاجية في مجموعة الفرن على 100 درجة مئوية. خبز عينة لمدة 30 دقيقة.
  6. إزالة عينة من الفرن والسماح لتبرد لمدة 30 دقيقة.

2. تصنيع الهياكل فضة قطع

  1. محاذاة الإعداد هو مبين في الشكل (1) على طاولة الضوئية مع العوازل الاهتزاز.
  2. ضبط ضاغط للحصول على 50-fsec البقول بعد الهدف المجهر.
  3. ضبط مرشحات الكثافة محايدة للحصول على 3-NJ البقول بعد الهدف.
  4. ضمان ليزر حجم البقعة أكبر من الفتحة الخلفي من الهدف المجهر.
  5. تعيين صوتية الضوئية المغير لإنتاج النوافذ التعرض 10-μsec خلالها المشع العينة.
  6. كتلة شعاع الليزر قبل أن تصل إلى عينة المجهر ومكان على المحور 3-المرحلة الترجمة. يجب أن يحتوي مسار شعاع من نبضات الليزر الفيمتو ثانية تمر من خلال المجهر والتصوير الهدف في العينة.
  7. مصدر الإضاءة تشغيل المجهر لمراقبة عينة في الموقع باستخدام كاميرا CCD.
  8. ترجمة Z-محور المرحلة لإيجاد التفاعل بين الركيزة الزجاج وفيلم البوليمر. ثم، إعادة تركيز المجهر على العمق المطلوب داخل الطبقة السفلية للبوليمر في أقصى الزخرفة. Z-ترجمة خلال الزخرفة يجب أن يكون في الاتجاه بعيدا عن واجهة زجاجية لتفادي تشتت البوليمر مع الهياكل ملفقة.
  9. الافراج عن شعاع الليزر ومجموعة برامج الحركة وحدة تحكم لترجمة عينة في العاشر -، ص - ض و- الاتجاهات مع سرعة 100 ميكرون / ثانية. أشرق voxels واحد لمدة 10 لμsecvoxels الثانية المجاورة منفصلة على الأقل ميكرومتر عدة للتصوير في الموقع واضحة. ووضع صوتية الضوئية المغير معدل الرسوب هرتز إلى 25 ميكرون إنتاج 4-التباعد. وستشمل مجالات الليزر يتعرض تحتوي على هياكل الفضة.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

والمغير صوتية الضوئية والمرشحات الكثافة المحايدة (الشكل 1) تسمح لأحد السيطرة على كمية الطاقة المودعة في العينة. باستخدام التعرض من 110 نبضة في فوكسل و 3 NJ في النبض، مع مرحلة ترجمة في 100 ميكرون / ثانية، وهياكل الفضة الناتجة مرئية بسهولة من خلال المجهر الضوئي في الموقع. انخفاض مستويات التعرض ليزر (عن طريق تخفيض الطاقة النبض و / أو عدد النبض) تؤدي إلى ميزات أصغر فضية،. لاحظنا ميزات صغيرة مثل 300 نانومتر 8 فمن الممكن لخلق هياكل الفضة باستخدام مجم...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

المفتاح لعملية الحصول على مصفوفة وعازلة تسمح مخدر عالية تلفيق القرار، ولكن لا تتحلل بعد فترة وجيزة إعداد. مزيج بسيط من PVP، AGNO 3 و O 2 H يسمح بإنشاء النانو الفضية عالية الدقة المضمنة داخل مصفوفة الدعم. وتراوح نسبة 3 إلى PVP AGNO تغيير طاقة الليزر اللازمة لتصنيع وخصائص أخرى محتملة مثل قرار الميزة. A نسبة منخفضة يؤدي إلى تدهور أسرع من المصفوفة عازلة، ونسبة عالية يؤدي إلى كميات قليلة جدا من الفضة في ملامح ملفقة.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نعترف بول وبستر JL لتقديم 3D من البيانات البصرية مع أميرة. قدم فيل مونيوز وFranta بنيامين تعليقات على المخطوط في جميع أنحاء تنميتها. وأيد هذا البحث وصفها في هذه الورقة من قبل مكتب القوات الجوية للبحث العلمي تحت بند المنح FA9550-09-1-0546 وFA9550-10-1-0402.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. von Freymann, G., et al. Three-Dimensional Nanostructures for Photonics. Advanced Functional Materials. 20, 1038-1052 (2010).
  2. LaFratta, C. N., Fourkas, J. T., Baldacchini, T., Farrer, R. A. Multiphoton Fabrication. Angewandte Chemie International Edition. 46, 6238-6258 (2007).
  3. Gattass, R. R., Mazur, E. Femtosecond laser micromachining in transparent materials. Nat. Photon. 2, 219-225 (2008).
  4. Li, L., Gattass, R. R., Gershgoren, E., Hwang, H., Fourkas, J. T. Achieving λ/20 Resolution by One-Color Initiation and Deactivation of Polymerization. Science. 324, 910-913 (2009).
  5. Haske, W., et al. 65 nm feature sizes using visible wavelength 3-D multiphoton lithography. Opt. Express. 15, 3426-3436 (2007).
  6. Xing, J. F., et al. Improving spatial resolution of two-photon microfabrication by using photoinitiator with high initiating efficiency. Appl. Phys. Lett. 90, 131106(2007).
  7. Tan, D., et al. Reduction in feature size of two-photon polymerization using SCR500. Appl. Phys. Lett. 90, 071106(2007).
  8. Vora, K., Kang, S., Shukla, S., Mazur, E. Fabrication of disconnected three-dimensional silver nanostructures in a polymer matrix. Appl. Phys. Lett. 100, 063120(2012).
  9. Güney, D. Ö, Koschny, T., Soukoulis, C. M. Intra-connected three-dimensionally isotropic bulk negative index photonic metamaterial. Opt. Express. 18, 12348-12353 (2010).
  10. Grigorenko, A. N., et al. Nanofabricated media with negative permeability at visible frequencies. Nat. Photon. 438, 335-338 (2005).
  11. Grigorenko, A. N. Negative refractive index in artificial metamaterials. Opt. Lett. 31, 2483-2485 (2006).
  12. Shalaev, V. M., et al. Negative index of refraction in optical metamaterials. Opt. Lett. 30, 3356-3358 (2005).
  13. Ishikawa, A., Tanaka, T., Kawata, S. Magnetic excitation of magnetic resonance in metamaterials at far-infrared frequencies. Appl. Phys. Lett. 91, 113118(2007).
  14. Tanaka, T., Ishikawa, A., Kawata, S. Two-photon-induced reduction of metal ions for fabricating three-dimensional electrically conductive metallic microstructure. Appl. Phys. Lett. 88, 081107(2006).
  15. Ishikawa, A., Tanaka, T., Kawata, S. Improvement in the reduction of silver ions in aqueous solution using two-photon sensitive dye. Appl. Phys. Lett. 89, 113102(2006).
  16. Cao, Y. -Y., Takeyasu, N., Tanaka, T., Duan, X. -M., Kawata, S. 3D Metallic Nanostructure Fabrication by Surfactant-Assisted Multiphoton-Induced Reduction. Small. 5, 1144-1148 (2009).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

مقالات ذات صلة