Une méthode pour fabriquer des nanostructures d'argent déconnectés en 3D

Ce protocole décrit la fabrication de structures argentées tridimensionnelles à l'intérieur d'une matrice polymère à l'aide d'un laser femtoseconde : commencez par mélanger du PVP et du nitrate d'argent dans l'eau afin d'obtenir des ions argent dans une solution, déposez cette solution sur une lame de verre recouverte d'une matrice polymère, puis faites cuire pour créer une couche polymère épaisse dopée avec des ions argent. Ensuite, irradiez la couche polymère avec des impulsions laser femtoseconde afin de faire croître des structures argentées à l'intérieur du polymère. Les résultats analytiques obtenus par microscopie optique et microscopie électronique à balayage montrent la croissance des structures argentées dans les volumes du spécimen irradiés par le laser. Le principal avantage de cette technique par rapport à d'autres méthodes, telles que la photolithographie UV, est que l'écriture directe au laser femtoseconde permet de créer des structures internes en une seule étape, et ce en 3D.

La clé de ce processus réside dans une combinaison de réactifs chimiques dans l'échantillon, car elle limite la croissance de l'argent au volume défini par le laser. Une application de cette méthode comprend la fabrication en 3D de métamatériaux métalliques et diélectriques isotropes pour les longueurs d'onde infrarouges et optiques. Mesurez huit millilitres d'eau dans un bécher.

Ajoutez 206 milligrammes de polyvinyl perine et mélangez jusqu'à ce que la solution soit limpide. Ajoutez ensuite 210 milligrammes de nitrate d'argent et dissolvez en mélangeant. Appliquez maintenant par dépôt goutte à goutte une couche de la solution argentée sur une lame de verre, puis faites cuire les lames de verre dans un four à 100 degrés Celsius pendant 30 minutes.

Retirer les lames traitées et les refroidir pendant 30 minutes. Le dispositif optique comprend un laser au saphir dopé au titane, un isolateur de Faraday, un compresseur d'impulsions, un modulateur optique kuo, un filtre indie, un microscope conçu en laboratoire équipé d'une caméra CCD et d'une platine de translation à trois axes. Aligner le faisceau laser sur tout le trajet jusqu'au microscope.

Objectif fixé sur le support d'échantillon. L'ensemble du dispositif doit être placé sur une table optique équipée d'isolateurs vibratoires. Régler le compresseur afin d'obtenir des impulsions de 50 femtosecondes après l'objectif du microscope.

Réglez également les filtres de densité neutre afin d'obtenir trois impulsions doubles nanométriques. Après l'objectif, assurez-vous désormais que la taille du spot laser est supérieure à celle de l'ouverture arrière de l'objectif du microscope. Ensuite, réglez le modulateur optique acousto-optique pour produire des fenêtres d'exposition de 10 microsecondes pendant lesquelles l'échantillon est irradié.

Régler la fréquence de répétition à 25 hertz. Bloquer le faisceau laser avant qu’il n’atteigne le microscope. Placer l’échantillon sur un dispositif de translation à trois axes.

Le trajet du faisceau des impulsions laser femtoseconde doit traverser l'objectif de microscope d'imagerie et se focaliser dans l'échantillon. Basculez la source d'illumination du microscope pour observer l'échantillon en C deux. À l'aide de la caméra CCD, déplacez l'axe Z de la platine pour localiser l'interface entre le substrat de verre et le film polymère.

Ensuite, recentrez le microscope à la profondeur souhaitée à l'intérieur du polymère. Pour graver la couche la plus profonde, démasquez le faisceau laser. Réglez le logiciel du contrôleur de mouvement afin de déplacer l'échantillon dans les directions X, Y et Z à une vitesse de 100 micromètres par seconde.

La translation en Z pendant le façonnage doit s'effectuer dans le sens opposé à l'interface verre-polymère afin d'éviter toute interférence avec les structures fabriquées. Les alvéoles exposées au laser, assombries, contiennent de l'argent. L'énergie de l'impulsion et la durée d'exposition.

Déterminez la taille des points d'argent, la fréquence du modulateur optique personnalisé et la vitesse de translation de l'échantillon. Déterminez l'espacement. Les paramètres actuels produisent des points de grande taille avec une période de quatre micromètres pour une clarté optimale.

Dans l'imagerie C deux, le modulateur optique AO et les filtres à densité neutre permettent un contrôle précis de la quantité d'énergie déposée dans l'échantillon. Par exemple, les structures en argent sont facilement visibles au microscope optique NC deux en utilisant une exposition de 110 impulsions par voxel et trois nanojoules par impulsion, la platine se déplaçant à 100 micromètres par seconde. Dans ce rendu 3D d'images de microscopie optique, l'échantillon fabriqué est constitué d'un réseau de points d'argent superposé à un autre réseau de points d'argent.

Ils sont maintenus en place par la matrice polymère. Les données peuvent également être visualisées sous forme d'images séquentielles de microscopie optique animées, au fur et à mesure que les échantillons s'éloignent de l'objectif du microscope, différents détails apparaissent et disparaissent au point de netteté. Cette vidéo montre l'échantillon précédemment rendu en 3D.

Ce vidéo montre deux motifs de points en spirale dans la direction Z. Des images haute résolution de structures argentées fabriquées peuvent également être obtenues à l'aide d'un microscope électronique à balayage. Cet échantillon est constitué d'un réseau 2D de points fabriqués directement sur le substrat de verre.

Remarquez que les structures d'argent ont des dimensions submicrométriques. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez bien comprendre comment fabriquer des structures tridimensionnelles en argent dans une matrice polymère à l'aide d'un laser femtoseconde. N'oubliez pas que le travail avec des lasers et des produits chimiques peut être extrêmement dangereux et que vous devez toujours porter les équipements de protection appropriés lors de l'exécution de cette procédure.

Cette technique permet d'explorer de nouvelles conceptions et des métamatériaux, et de fabriquer des dispositifs qui ne peuvent pas être réalisés à l'aide d'autres méthodes.