A طريقة لصنع النانو سيلفر قطع في 3D

يوضح هذا البروتوكول تفاصيل تصنيع هياكل فضية داخل مصفوفة بوليمرية في ثلاثة أبعاد باستخدام ليزر الفيمتو ثانية؛ ابدأ بخلط PVP ونترات الفضة في الماء للحصول على أيونات الفضة داخل مصفوفة بوليمرية، ثم قم بطلاء شريحة زجاجية بالمحلول وقم بتجفيفها حرارياً لإنشاء طبقة بوليمرية سميكة مطعمة بأيونات الفضة، وبعد ذلك قم بتسليط نبضات ليزر الفيمتو ثانية على الطبقة البوليمرية من أجل تنمية هياكل فضية داخل البوليمر. تُظهر النتائج التحليلية من المجهر الضوئي والمجهر الإلكتروني الماسح نمو الهياكل الفضية في الأحجام التي تعرضت لإشعاع الليزر من العينة. وتتمثل الميزة الأساسية لهذه التقنية مقارنة بالطرق الأخرى، مثل الليثوغرافيا الضوئية بالأشعة فوق البنفسجية، في أن الكتابة المباشرة بليزر الفيمتو ثانية يمكنها إنشاء هياكل داخلية في خطوة واحدة، ويمكنها القيام بذلك في 3D.

يكمن المفتاح في هذه العملية في استخدام مزيج من الكواشف الكيميائية في العينة لأنها تحد من نمو الفضة في الحجم المحدد بالليزر. وتشمل تطبيقات هذه الطريقة التصنيع ثلاثي الأبعاد للمعادن متناحية الخواص، والمواد الخارقة العازلة للأطوال الموجية تحت الحمراء والبصرية. قم بقياس ثمانية مللي لتر من الماء في دورق.

أضف 206 milligrams من polyvinyl perine واخلط المزيج حتى يصبح المحلول رائقاً. ثم أضف 210 milligrams من نترات الفضة وقم بإذابتها عن طريق الخلط. الآن، باستخدام تقنية الصب بالتنقيط (drop casting)، قم بطلاء شريحة زجاجية بمحلول الفضة، ثم اخبز الشرائح الزجاجية في فرن عند درجة حرارة 100 °C لمدة 30 minutes.

أخرج الشرائح المعالجة واتركها لتبرد لمدة 30 دقيقة. يتكون الإعداد البصري من ليزر تيتانيوم ياقوت (titanium sapphire laser)، وعازل فاراداي (faraday isolator)، ومضغوط نبضات، ومعدل بصري من نوع kuo، ومرشح indie، ومجهر مُصنع محلياً مزود بكاميرا CCD ومنصة إزاحة ثلاثية المحاور. قم بمحاذاة شعاع الليزر عبر المجهر بالكامل.

وجّه الشيئية نحو حامل العينة. يجب أن يكون الجهاز بالكامل على طاولة بصرية مزودة بعوازل للاهتزازات. اضبط الضاغط للحصول على نبضات بقدر 50 femtosecond بعد شيئية المجهر.

قم أيضاً بضبط مرشحات الكثافة المحايدة للحصول على ثلاث نبضات ثنائية نانوية. وبعد العدسة الشيئية، تأكد الآن من أن حجم بقعة الليزر أكبر من الفتحة الخلفية للعدسة الشيئية للمجهر. بعد ذلك، اضبط المغير البصري لإنتاج نوافذ تعريض مدتها 10 microseconds يتم خلالها تشعيع العينة.

اضبط معدل التكرار على 25 hertz. قم بحجب شعاع الليزر قبل وصوله إلى المجهر. ضع العينة على منصة إزاحة ثلاثية المحاور.

يجب أن يمر مسار شعاع نبضات ليزر الفيمتو ثانية عبر عدسة المجهر التصويرية ليركز داخل العينة. قم بتحويل مصدر إضاءة المجهر لمراقبة العينة في C two. وباستخدام كاميرا CCD، قم بتحريك محور Z للمنصة للعثور على السطح الفاصل بين الركيزة الزجاجية والفيلم البوليمري.

بعد ذلك، أعد ضبط بؤرة المجهر للوصول إلى العمق المطلوب داخل البوليمر. ولتنميط الطبقة السفلى، قم بإزالة الحاجز من أمام شعاع الليزر. اضبط برنامج وحدة التحكم في الحركة لتحريك العينة في اتجاهات x وY وZ بسرعة 100 microns per second.

يجب أن يكون الإزاحة في المحور Z أثناء عملية التشكيل في الاتجاه البعيد عن الواجهة الفاصلة بين الزجاج والبوليمر لتجنب التداخل مع الهياكل المُصنعة. تحتوي الثقوب المعتمة التي تعرضت لليزر على الفضة. طاقة النبضة وزمن التعريض.

قم بتحديد حجم النقاط الفضية وتردد المعدل البصري المخصص وسرعة إزاحة العينة. حدد المسافة الفاصلة. تنتج الإعدادات الحالية نقاطاً كبيرة بدورة قدرها 4 µm من أجل الوضوح.

في التصوير ثنائي الفوتون، يسمح المغير البصري الصوتو-بصري (AO) ومرشحات الكثافة المحايدة بالتحكم الدقيق في كمية الطاقة المودعة في العينة. على سبيل المثال، تكون الهياكل الفضية مرئية بوضوح من خلال المجهر البصري ثنائي الفوتون باستخدام تعريض يبلغ 110 pulses لكل voxel و 3 nano joules لكل pulse مع تحريك المنصة بسرعة 100 microns لكل ثانية. في هذا التصيير ثلاثي الأبعاد لصور المجهر البصري، تتكون العينة المصنعة من مصفوفة من النقاط الفضية فوق مصفوفة أخرى من النقاط الفضية.

يتم تثبيتها في مكانها بواسطة مصفوفة البوليمر. كما يمكن تصور البيانات على شكل صور مجهرية بصرية متسلسلة يتم تحريكها أثناء إزاحة العينات بعيدًا عن عدسة المجهر الشيئية، حيث تظهر ميزات مختلفة وتختفي من نطاق التركيز الحاد. يوضح هذا الفيديو العينة التي سبق تقديمها بنمذجة ثلاثية الأبعاد.

يعرض هذا الفيديو نمطين من النقاط التي تلتف حلزونيًا في اتجاه Z. كما يمكن الحصول على صور عالية الدقة للهياكل الفضية المصنعة باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح. وتتكون هذه العينة من مصفوفة ثنائية الأبعاد من النقاط التي تم تصنيعها مباشرة على الركيزة الزجاجية.

لاحظ أن ميزات الفضة ذات حجم دون الميكرومتر. بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية صنع هياكل فضية ثلاثية الأبعاد في مصفوفة بوليمر باستخدام ليزر الفيمتو ثانية. لا تنسَ أن العمل مع الليزرات والمواد الكيميائية يمكن أن يكون خطيراً للغاية، ويجب عليك دائماً ارتداء معدات الوقاية المناسبة عند تنفيذ هذا الإجراء.

تتيح هذه التقنية إمكانية استكشاف تصميمات ومواد خارقة (metamaterials) جديدة وتصنيع أجهزة لا يمكن إنتاجها باستخدام التقنيات الأخرى.