Ein Verfahren zur Getrennt Silber Nanostrukturen in 3D Fabricate

Dieses Protokoll beschreibt die Herstellung von Silberstrukturen in drei Dimensionen innerhalb einer Polymermatrix mithilfe eines Femtosekundenlasers. Zunächst werden PVP und Silbernitrat in Wasser gemischt, um Silberionen in einer Polymermatrix zu erhalten. Eine Glasplatte wird mit dieser Lösung beschichtet und anschließend erhitzt, um eine dicke Polymerschicht zu erzeugen, die mit Silberionen dotiert ist. Danach wird die Polymerschicht mit Femtosekundenlaserimpulsen bestrahlt, um Silberstrukturen innerhalb des Polymers wachsen zu lassen. Analytische Ergebnisse aus Lichtmikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie zeigen das Wachstum der Silberstrukturen in den laserbestrahlten Volumina der Probe. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber anderen Methoden, wie beispielsweise der UV-Photolithographie, liegt darin, dass die direkte Schreiben mit einem Femtosekundenlaser mittlere Strukturen in einem einzigen Schritt erzeugen kann und dies zudem in 3D ermöglicht.

Der Schlüssel zu diesem Verfahren liegt in einer Kombination chemischer Reagenzien in der Probe, da sie das Silberwachstum auf das laserdefinierte Volumen begrenzt. Eine Anwendung dieser Methode umfasst die 3D-Herstellung isotroper metallischer und dielektrischer Metamaterialien für Infrarot- und optische Wellenlängen. Messen Sie acht Milliliter Wasser in einem Becher ab.

Fügen Sie 206 Milligramm Polyvinylperin hinzu und mischen Sie, bis die Lösung klar ist. Geben Sie anschließend 210 Milligramm Silbernitrat hinzu und lösen Sie es durch Mischen. Beschichten Sie nun mittels Tropfenguss eine Objektträgerplatte mit der Silberlösung und backen Sie die Objektträger 30 Minuten lang in einem Ofen bei 100 Grad Celsius.

Entfernen und kühlen Sie die behandelten Objektträger 30 Minuten lang ab. Die optische Anordnung umfasst einen Titan-Saphir-Laser, einen Faraday-Isolator, einen Pulskompressor, einen kuo-optischen Modulator, einen indie-Filter, ein selbstgebautes Mikroskop mit einer CCD-Kamera und eine Dreiaxen-Verfahrbühne. Richten Sie den Laserstrahl vollständig durch das Mikroskop hindurch aus.

Objektiv an der Probenhalterung. Der gesamte Aufbau sollte auf einem optischen Tisch mit Schwingungsisolatoren stehen. Stellen Sie den Kompressor so ein, dass 50 Femtosekunden-Pulse nach dem Mikroskopobjektiv erzielt werden.

Passen Sie außerdem die Neutraldichtefilter an, um drei nano-duale Pulse zu erhalten. Stellen Sie hinter dem Objektiv nun sicher, dass der Laserfleck größer ist als die hintere Öffnung des Mikroskopobjektivs. Stellen Sie danach den akustooptischen Modulator so ein, dass 10-Mikrosekunden-Expositionsintervalle erzeugt werden, während denen die Probe bestrahlt wird.

Stellen Sie die Wiederholungsrate auf 25 Hertz ein. Blockieren Sie den Laserstrahl, bevor er das Mikroskop erreicht. Platzieren Sie die Probe auf einem Dreiaxen-Verfahrständer.

Der Strahlengang der Femtosekundenlaserpulse sollte durch das abbildende Mikroskopobjektiv verlaufen und sich in der Probe fokussieren. Schalten Sie die Mikroskobeleuchtung ein, um die Probe in C zwei zu beobachten. Verwenden Sie die CCD-Kamera und verschieben Sie die Z-Achse des Stages, um die Grenzfläche zwischen dem Glas-Substrat und dem Polymerschicht zu finden.

Danach das Mikroskop erneut auf die gewünschte Tiefe innerhalb des Polymers fokussieren. Um die unterste Schicht zu strukturieren, den Laserstrahl freigeben. Die Bewegungssteuerungssoftware so einstellen, dass die Probe in x-, Y- und Z-Richtung mit einer Geschwindigkeit von 100 Mikrometern pro Sekunde bewegt wird.

Die Z-Translation während der Musterung muss sich in Richtung weg von der Glas-Polymer-Grenzfläche bewegen, um Störungen mit den hergestellten Strukturen zu vermeiden. Die abgedunkelten, dem Laser ausgesetzten Vertiefungen enthalten Silber. Die Pulsenergie und die Belichtungszeit.

Bestimmen Sie die Größe der Silberpunkte sowie die Frequenz des kundenspezifischen optischen Modulators und die Translationsgeschwindigkeit der Probe. Bestimmen Sie den Abstand. Die aktuellen Einstellungen erzeugen große Punkte mit einer Periode von vier Mikrometern für eine klare Darstellung.

Bei der C-zwei-Bildgebung ermöglichen der AO-Optikmodulator und Neutrale-Dichtefilter eine feine Steuerung der in die Probe eingetragenen Energiemenge. Beispielsweise sind Silberstrukturen mittels des NC-zwei-Optikmikroskops bei einer Belichtung von 110 Impulsen pro Voxel und drei Nanojoule pro Impuls bei einer Translationsgeschwindigkeit des Stages von 100 Mikrometern pro Sekunde leicht sichtbar. Bei dieser 3D-Darstellung von optischen Mikroskopiebildern besteht die hergestellte Probe aus einem Feld von Silberpunkten, das auf einem weiteren Feld von Silberpunkten liegt.

Sie werden durch die Polymermatrix fixiert. Die Daten können auch als sequenzielle optische Mikroskopiebilder dargestellt werden, die animiert sind, während die Proben von der Objektivlinse des Mikroskops weg bewegt werden und dabei unterschiedliche Strukturen nacheinander scharf erscheinen und wieder unscharf werden. Dieses Video zeigt die zuvor dreidimensional gerenderte Probe.

Dieses Video zeigt zwei Punkt-Muster, die in Z-Richtung spiralförmig verlaufen. Hochauflösende Aufnahmen der hergestellten Silberstrukturen können ebenfalls mit einem Rasterelektronenmikroskop gewonnen werden. Diese Probe besteht aus einem zweidimensionalen Array von Punkten, die direkt auf dem Glas-Substrat hergestellt wurden.

Beachten Sie, dass die Silberstrukturen eine Größe im Submikrometerbereich aufweisen. Nach dem Anschauen dieses Videos sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie dreidimensionale Silberstrukturen in einer Polymermatrix mithilfe eines Femtosekundenlasers hergestellt werden. Vergessen Sie nicht, dass das Arbeiten mit Lasern und Chemikalien äußerst gefährlich sein kann, und tragen Sie stets die geeignete Schutzausrüstung, wenn Sie dieses Verfahren durchführen.

Mit dieser Technik lassen sich neue Konstruktionen und Metamaterialien erforschen und Bauelemente herstellen, die mit anderen Verfahren nicht realisierbar sind.