ونحن تثبت تلفيق صفائف الدوري نانوكوب الذهب باستخدام تقنيات معدني الغروية ومناقشة أهمية الأفلام نانوبلاسمونيك.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
تصنيع صفائف الدوري نانوكوب الذهب باستخدام الطباعة الحجرية غرواني
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
في السنوات الأخيرة، وقد انفجرت ميدان plasmonics كما أثبتت الباحثون مثيرة التطبيقات المتصلة بالاستشعار الكيميائية والضوئية في تركيبة مع تقنيات النانومترى جديدة. مأكل مثل الطحين هو كم الكثافة تهمة التذبذب الذي يقرض النانوي المعادن مثل الذهب والفضة خصائص بصرية فريدة من نوعها. على وجه الخصوص، يحمل جسيمات نانوية الذهب والفضة ذبذبات كثافة التهمة الجماعية الأصداء المترجمة السطحية مأكل مثل الطحين على السطح من نانوحبيبات في الطيف المرئي. هنا، نحن نركز على تلفيق صفائف الدوري للنانو plasmonic متباين. هذه الهياكل نصف الصدفة (أو نانوكوب) يمكن أن يحمل الضوء الفريد إضافية-الانحناء والاستقطاب-تعتمد على الخصائص البصرية لا يمكن أن النانو الخواص البسيطة. باحثون مهتمون بتلفيق صفائف الدوري من نانوكوبس لمجموعة متنوعة من التطبيقات مثل الأجهزة البصرية المنخفضة التكلفة، رامان المزودة بسطح التشتت، والعبث إشارة. نقدم تقنية قابلة للتطوير استناداً إلى الغروية الطباعة الحجرية التي من الممكن بسهولة اختﻻق صفائف الدوري كبيرة من نانوكوبس استخدام طلاء تدور وتجميعها ذاتيا nanospheres البوليمر المتاحة تجارياً. وأجرى الميكروسكوب الإلكتروني والتحليل الطيفي الضوئي من المرئي بالقرب من الأشعة تحت الحمراء (قرب الأشعة تحت الحمراء) لتأكيد تلفيق نانوكوب ناجحة. نختتم بمظاهرة لنقل نانوكوبس إلى فيلم لاصقة مرنة، وامتثالي.
المقدمة
ظهور plasmonics بالتزامن مع تحسين النانومترى وتقنيات التوليف أسفرت عن مجموعة متنوعة من تكنولوجيات مثيرة مثل الحيود الفرعية محدودة الدوائر وتعزيز الكشف عن المواد الكيميائية، والاستشعار البصري 1 ،،من23. في هذا البروتوكول، ونظهر تقنية قابلة للتحجيم ومنخفض التكلفة نسبيا قادرة على اختﻻق ركائز plasmonic نانوباتيرنيد باستخدام نانوسفيريس البوليمر المتاحة تجارياً وخطوة النقش يتبعه ترسب المعادن. خلافا لتقنيات أخرى لاختلاق ركائز نانوباتيرنيد، مثل الطباعة الحجرية شعاع الإلكترون4، هذا الأسلوب يمكن بسرعة وكفاءة إلى تغيير رقائق 300 ملم وخارجه مع الحد الأدنى من الجهد واستخدامات نقل خطوة لإنتاج مرنة و أفلام الامتثالي5.
منذ العصر الروماني، لقد عرفنا أن بعض المعادن مثل الذهب والفضة يمكن أن يكون الخصائص البصرية الرائعة عند وهي تنقسم ناعما. اليوم، ونحن نفهم أن هذه الجسيمات المعدنية يحمل تأثير تسمى "الرنين السطحية مأكل مثل الطحين المترجمة" () عند تناول أبعادها النانو. لسبر يماثل موجه دائمة فيها ضعيف منضم الإلكترونات الموجودة في المعدن يتذبذب متماسك عندما يضيء الضوء من بعض الترددات الجسيمات المعدنية. النانو متباين تتسم بأهمية خاصة نظراً للأصداء البصرية الفريدة التي يمكن أن تظهر نتيجة التماثل كسر6،،من78.
يمكن أن تثير الإضاءة هياكل نصف الصدفة (نانوكوب) مع الضوء ثنائي قطب كهربائي أو وسائط مأكل مثل الطحين ثنائي قطب مغناطيسي، اعتماداً على عوامل مثل زاوية ترسب المعادن، التوجه للركيزة فيما يتعلق بضوء الحادث، الاستقطاب في ضوء حادث9. غالباً ما اعتبرت نانوكوبس مماثلة لثلاثي الأبعاد سبليت-خاتم مرنانات، التي تردد صدى يمكن تقريبها10،LC-مذبذب11. تردد صدى لحجم نانوسفيريس البوليمرية المستخدمة هنا (170 شمال البحر الأبيض المتوسط)، الكمية من الذهب المودع (20 نانومتر)، ومعدلات أحفر تسفر عن ترددات الرنين التي تغطي المرئي والقرب من الأشعة تحت الحمراء.
يمكن قياس الخصائص البصرية نانوكوبس الذهب سواء في الإرسال أو الانعكاس، اعتماداً على الركازة المستخدمة لطلاء تدور. في البروتوكول المقدم، واخترنا استخدام رقائق السليكون تلبيتها، 2 كالركيزة وإجراء القياسات الانعكاس بعد ترسب المعادن. أجريت القياسات باستخدام مجهر بالإضافة إلى مطياف التشتت مع مصدر ضوء هالوجين. ونحن أيضا كان النجاح مع استخدام ركائز الزجاج، السماح لقياسات انتقال وانعكاس فور ترسب المعادن. وعلاوة على ذلك، يمكن بسهولة تغيير هذا الأسلوب ولا يقتصر على رقائق تلبيتها، 2. نظراً لتوافر عالية الجودة مونوديسبيرسي البوليمرية nanospheres التجاري على نطاق واسع، أنها واضحة لضبط الخصائص البصرية لهذه الهياكل بالبدء ببساطة مع نانوسفيريس الحجم بشكل مختلف.
في هذا البروتوكول، تقنية لاختلاق متباين من الذهب نصف الصدفة (أو نانوكوب) يتجلى النانو باستخدام أسلوب يسمى الطباعة الحجرية الغروية. الطباعة الحجرية الغروية يستخدم التجميع الذاتي للغاية مونوديسبيرسي نانوسفيري البوليمرية لنمط ركيزة التي يمكن معالجتها بزيادة في الركازة plasmonic بعد الرش طلاء طبقة رقيقة من الذهب بسرعة. وبالمثل، فمن الممكن لضبط تباين الركازة عن إمالة الركيزة عينة خلال ترسب المعادن. بنيات الناتجة حساسة للاستقطاب بسبب تباين نانوستروكتوري المشكلة. هنا، علينا أن نبدي واحد بعينه الحالة وإجراء توصيف الضوئية وانطلاقة لنقل الهياكل لفيلم شفافة ومرنة.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول
1-"إعداد مواد"
- وضع عدة رقائق السليكون تلبيتها، 2 إلى ناقل كوارتز للتنظيف وتحميل رقائق السليكون في البلازما النقش النظام. مضخة الدائرة فراغ لأسفل حتى تصل إلى مالا يقل عن 75 متور. قد يستغرق هذا بضع دقائق. بدء تدفق الغاز 2 (30 sccm) س
- والسماح للضغط من أجل تحقيق الاستقرار. تعيين وقت أحفر لمدة 15 دقيقة. حالما استقر ضغط الدائرة الشروع في البلازما ث 13.56 ميغاهرتز 250 التردد الراديوي (RF).
ملاحظة: هذه الخطوة ينظف رقائق السليكون العضوية أي يلوث وفونكتيوناليزيس على السطح مع الهيدروكسيلية (-أوه) مويتيس وبالتالي ضمان سطح ماء. - أثناء الانتظار لتنظيف البلازما الخطوة إلى النهاية، إزالة nanospheres البوليستيرين تجارياً المشتراة (170 القطر شمال البحر الأبيض المتوسط، والجوامد 10%، 0.5% الصوديوم دوديسيل كبريتات) من الثلاجة (4 درجات مئوية). تسمح حاوية الحارة إلى درجة حرارة الغرفة.
- باختصار دوامة (1 دقيقة) و sonicate (35 كيلو هرتز، 1 دقيقة) nanospheres البوليسترين للتقليل من التكتل نانوسفيري.
- في قنينة زجاجية نظيفة، قياس 1.0 مل nanospheres البوليستيرين 170 في شمال البحر الأبيض المتوسط، وإضافة 1، 0 مل ح 2 س للحصول على تعليق غرواني المواد صلبة 5%-
- بعد 15 دقيقة، وقف تدفق س 2 والتنفيس عن فراغ الغرفة، وإزالة الرقائق الطازجة تنظيفها.
2. تدور-طلاء قالب Nanospheres البوليسترين
- قوفرات Unload السيليكون تنظيفها من تنميش البلازما. ثم تحميل رقاقة تلبيتها، 2 إلى زيادة ونقصان-المغطى. التأكد من أنه يتم توسيط بشكل صحيح وأن يا الدائري واضح من أي حطام. الشروع في الفراغ، وضمان أن يفر موصول بشكل أمن إلى المرحلة-
- تعيين المعلمات تدور تدور-المغطى. هذه المعلمات تختلف استناداً إلى حجم نانوسفيري. لإيجاد حل نانوسفيريس شمال البحر الأبيض المتوسط 170 5%، تعيين تدور-المغطى بعملية خطوة 1 مع وقت تدور من 1 دقيقة وسرعة 3000 دورة في الدقيقة، وتسارع 2,000 لفة في الدقيقة/س.
- استخدام المحاقن القابل للصرف، سحب ~ 1 مل تعليق غرواني من القنينة. جانبا القنينة. مرشح حقنه 5 ميكرومتر ووضعه في نهاية المحاقن. كساد المحاقن حتى معالجة تجميعية لتعليق مسح غيض. إزالة عامل التصفية المجاميع غير مرغوب فيها، والجسيمات التي يمكن أن تقلل إلى حد كبير نوعية الأفلام-
- إيداع ما يكفي تعليق مباشرة على مركز يفر أن تغطي حوالي 2/3 السطح. في محاولة لتقليل فقاعات نظراً لما يمكن أن يؤثر على جودة الفيلم. قم بإغلاق الغطاء المغطى تدور والبدء في الصحافة. أثناء هذه العملية، قد يكون من الممكن رؤية آثار التدخل رقيقة على السطح ليفر ك nanospheres تجميع ذاتي. هذا وسوف تختلف استناداً إلى قطر نانوسفيري. إزالة
- يفر المغلفة بالدوران بعد إلغاء تنشيط الفراغ. يمسح بوعاء وغطاء لتدور-المغطى لإزالة الزائدة نانوسفيريس.
3. الفيلم تقييم الجودة والإعداد للحفر
- بصريا تقييم جودة الفيلم ذاتيا المجمعة التي تبحث عن العيوب الملحوظة مثل الشرائط أو الثقوب التي قد تكون قد لحقت بالجسيمات أثناء عملية طلاء تدور.
- تقييم جودة الفيلم بوضع رقاقة تحت مجهر ضوئي. حدود الحبوب وبعض العيوب طبيعية. إذا كان يفر مساحات كبيرة غير المصقول أو مولتيلاييرس واضحة، من الضروري ضبط معلمات زيادة ونقصان للحصول على فيلم أكثر توحيدا. كما يمكن استخدام المجهر الإلكتروني لتقييم جودة الفيلم-
- تشغيل مصدر الضوء للمجهر والتركيز على سطح رقاقة السيليكون باستخدام هدفا X 20. تقييم النوعية في العديد من المواقع في جميع أنحاء يفر ضمان اتساق.
- جودة الفيلم النهائي التحقق من استخدام المسح الضوئي المجهر الإلكتروني (SEM) لتصور نانوسفيري التجميع الذاتي في النانو. فمن الممكن تقييم درجة مولتيلاييرس، والثقوب، والحبوب الحدود/العيوب عبر أجزاء صغيرة من يفر نسبيا بسرعة باستخدام هذا الأسلوب. مكان
- مرة واحدة قد حصل فيلم كافية، يفر إلى فرن (107 درجة مئوية) ل 2 دقيقة يصلب nanospheres الذاتي تجميعها. وهذا يساعد على تشجيع الانضمام إلى الركيزة وتعطي سطح نانوباتيرنيد أفضل بعد النقش.
4. النقش وترسب المعادن، ووصف بصري
- تحميل رقاقة الملدن في تنميش البلازما والشروع في المضخة أسفل عملية.
- مرة واحدة دائرة فراغ يصل إلى مالا يقل عن 75 متور، يبدأ تدفق الغاز 2 (20 sccm) س والانتظار للضغط من أجل تحقيق الاستقرار. الشروع في البلازما RF (75 ث) عن 165 س.
- بمجرد إكمال دورة البلازما RF، وقف تدفق س 2 وتنفيس الدائرة.
- الركيزة الآن محفورة وجاهزة لترسب المعادن. نقل العينة إلى المغطى الرش وإيداع رقيقة (20 نانومتر) طبقة من الذهب. يمكن استخدام متفاوتة ترسب الزوايا لتغيير الخصائص البصرية نانوكوبس. وفي هذه الحالة، قد أنجز ترسب المعادن الحادث عادة إلى الركيزة.
- بعد ترسب المعادن، الركيزة يمكن وصفها باستخدام التحليل الطيفي الضوئي. التركيز ميكروسبيكتروفوتوميتير على سطح الركازة الممعدنة وقياس أطياف الانعكاس. شمال البحر الأبيض المتوسط محفوراً 170 نانوسفيري المصفوفات، كان في 615 نانومتر.
- استخدام شريط لاصق حساسة للضغط، بلطف مكان الفيلم على اتصال مع الركازة. قد يكون من الضروري لإزالة أي فقاعات الهواء التي شكلت في واجهة استخدام الملقط.
- بمجرد الشريط على اتصال الركيزة، الشريط قد يكون فورا انشقت لإزالة نانوكوبس من على سطح الركازة. بلطف قشر مرة أخرى الشريط، والنتيجة فيلم مرنة وامتثالي للذهب نانوكوبس-
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج
أعدت نانوكوبس الذهب باستخدام 170 نانومتر القطر nanospheres البوليستيرين. وبعد الصلب لمدة 2 دقيقة في 107 درجة مئوية والنقش مع 75 ث، 20 sccm س2 البلازما ل 165 اتسمت s، الفيلم الناتج باستخدام SEM (الشكل 1). لتقييم جودة الفيلم تدور مسبوك، يتعين بصرية مجهرية بالإضافة إلى التفتيش البصري-أيار/مايو المستخدمة (الشكل 2). ينبغي أن تكون الأفلام عالية الجودة أساسا خالية من العيوب. حدود الحبوب عادة لوحظت حتى في الأفلام عالية الجودة،...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
هذا البروتوكول يوضح تقنية منخفضة التكلفة وفعالة لاختلاق الدوري صفائف plasmonic نانوكوبس الذهب. هذا الأسلوب مفيد خاصة لأنها تتجنب مسلسل العمليات من أعلى إلى أسفل مثل الطباعة الحجرية شعاع الإلكترون أو الشعاع أيون مركزة الطحن. أسلوب عرض يظهر أن نانوسفيريس البوليمر المتاحة تجارياً يمكن تجميعها ذاتيا بطريقة مباشرة بمثابة قالب نانو الحجم لمزيد من المعالجة.
التعديلات واستكشاف الأخطاء وإصلاحها:
وإذا كانت جودة الفيلم الفقراء، قد يكون ضروريا لتصفية قبل الحل ن...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإفصاحات
الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.
شكر وتقدير
تم إجراء هذا البحث في شمال غرب المحيط الهادئ الوطنية المختبر (بننل)، الذي تديره معهد ميموريال Battelle للطاقة (وزارة) تحت "رقم العقد" دي-AC05-76RL01830. الكتاب الاعتراف بامتنان الدعم من "وزارة الخارجية الأميركية" من خلال "مفتاح التحقق أصول الصندوق" (الصندوق الخامس) تحت SIAA15AVCVPO10 الاتفاق المشترك بين الوكالات.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| كريات البوليسترين المجهرية | Bangs Laboratories، Inc. | PS02N | 170 نانومتر & 580 نانومتر |
| رقائق السيليكون | El-CAT، Inc. | 3489 | 300 مم سميكة ، جانب واحد مصقول [100] |
| شريط لاصق | 3M | سكوتش 600 | |
| تدور المغطي | لوريل | WS-650-23B | |
| البلازما الحفر | نوردسون مارس & nbsp ؛ | AP-600 | |
| مقياس الطيف الضوئي | الدقيق CRAIC | 380-PV | |
| Sonicator | VWR | 97043-932 | |
| قوارير التلألؤ | Wheaton | 986734 | |
| 5 um مرشح حقنة | Millex | SLSV025LS | |
| غاز الأكسجين | Oxarc | PO249 ؛ | درجة صناعية 99.5٪ نقاء |
| مضخة الفراغ | Kurt J. Lesker | Edwards 28 | |
| محاقن يمكن التخلص منها شركة | Air Tite Products Co. | 14-817-25 | سعة 1 مل |
| مياه | سيجما ألدريتش | W4502 |
المراجع
- Fang, Y., Sun, M. Nanoplasmonic waveguides: towards applications in integrated nanophotonic circuits. Light Sci Appl. 4, e294(2015).
- Li, J. F., Anema, J. R., Wandlowski, T., Tian, Z. Q. Dielectric shell isolated and graphene shell isolated nanoparticle enhanced Raman spectroscopies and their applications. Chemical Society Reviews. 44 (23), 8399-8409 (2015).
- Wang, L., et al. Large Area Plasmonic Color Palettes with Expanded Gamut Using Colloidal Self-Assembly. ACS Photonics. , (2016).
- Taylor, A. B., Michaux, P., Mohsin, A. S. M., Chon, J. W. M. Electron-beam lithography of plasmonic nanorod arrays for multilayered optical storage. Optics Express. 22 (11), 13234-13243 (2014).
- Endo, H., Mochizuki, Y., Tamura, M., Kawai, T. Fabrication and Functionalization of Periodically Aligned Metallic Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography with a Sinusoidally Wrinkled Substrate. Langmuir. 29 (48), 15058-15064 (2013).
- Wang, H., et al. Symmetry breaking in individual plasmonic nanoparticles. Proceedings of the National Academy of Sciences. 103 (29), 10856-10860 (2006).
- Wollet, L., et al. Plasmon hybridization in stacked metallic nanocups. Optical Materials Express. 2 (10), 1384-1390 (2012).
- Duempelmann, L., Casari, D., Luu-Dinh, A., Gallinet, B., Novotny, L. Color Rendering Plasmonic Aluminum Substrates with Angular Symmetry Breaking. ACS Nano. 9 (12), 12383-12391 (2015).
- King, N. S., et al. Angle- and Spectral-Dependent Light Scattering from Plasmonic Nanocups. ACS Nano. 5 (9), 7254-7262 (2011).
- Mirin, N. A., Halas, N. J. Light-Bending Nanoparticles. Nano Letters. 9 (3), 1255-1259 (2009).
- Eggleston, M. S., Messer, K., Zhang, L., Yablonovitch, E., Wu, M. C. Optical antenna enhanced spontaneous emission. Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (6), 1704-1709 (2015).
- Bora, M., et al. Plasmonic black metals in resonant nanocavities. Applied Physics Letters. 102 (25), 251105(2013).
- Akselrod, G. M., et al. Efficient Nanosecond Photoluminescence from Infrared PbS Quantum Dots Coupled to Plasmonic Nanoantennas. ACS Photonics. , (2016).
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
الوسوم
