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

Femtoseconde laser écriture directe est souvent utilisé pour créer en trois dimensions (3D) des modèles dans des polymères et des verres. Cependant, les métaux modelage en 3D reste un défi. Nous décrivons une méthode pour fabriquer des nanostructures d'argent intégrés dans une matrice polymère à l'aide d'un laser femtoseconde centré à 800 nm.

Ce protocole détaille la fabrication de structures d’argent à l’intérieur d’une matrice polymère en trois dimensions à l’aide d’un laser femtoseconde, commencez par mélanger le PVP et le nitrate d’argent dans l’eau pour produire des ions d’argent à l’intérieur d’une matrice de polymère recouverte de verre, glissez avec la solution et faites cuire pour créer une couche de polymère épaisse dopée aux ions d’argent, puis irradiez la couche de polymère avec des impulsions laser femtosecondes afin de développer des structures d’argent à l’intérieur du polymère. Les résultats d’analyse de la microscopie optique et de la microscopie électronique à balayage montrent la croissance de la structure de l’argent dans les volumes irradiés par laser de l’échantillon. Le principal avantage de cette technique par rapport à d’autres méthodes, telles que la photolithographie UV, est que l’écriture directe par laser femtoseconde peut créer des structures intermédiaires en une seule étape, et elle peut le faire en 3D.

La clé de ce processus est une combinaison de réactifs chimiques dans l’échantillon, car elle limite la croissance de l’argent au volume classé par laser. Une application de cette méthode comprend la fabrication 3D de métaux isotropes, de méta-matériaux diélectriques 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 claire. Ajoutez ensuite 210 milligrammes de nitrate d’argent et dissolvez-le en mélangeant. Maintenant, à l’aide d’une couche de coulée, d’une lame de verre avec la solution d’argent, faites cuire les lames de verre dans un four à 100 degrés Celsius pendant 30 minutes.

Retirez et refroidissez les lames traitées pendant 30 minutes. La configuration optique comprend un laser saphir en titane, un isolateur de Faraday, un compresseur d’impulsions, un modulateur optique kuo, un filtre indépendant, un microscope fait maison avec la caméra CCD et une platine de translation à trois axes. Alignez le faisceau laser tout au long du microscope.

Objectif à la monture d’échantillon. L’ensemble de la configuration doit être sur une table optique avec des isolateurs de vibrations. Ajustez le compresseur pour obtenir des impulsions de 50 femtosecondes après l’objectif du microscope.

Ajustez également les filtres à densité neutre pour obtenir trois nano impulsions duales. Après l’objectif, assurez-vous maintenant que la taille du spot laser est plus grande que l’ouverture arrière de l’objectif du microscope. Ensuite, réglez le modulateur optique al pour produire des fenêtres d’exposition de 10 microsecondes pendant lesquelles l’échantillon est irradié.

Réglez le taux de répétition sur 25 hertz. Bloquez le faisceau laser avant qu’il n’atteigne le microscope. Placez l’échantillon sur une platine de translation à trois axes.

Le trajet du faisceau des impulsions laser femtosecondes doit traverser l’objectif du microscope imageur et se concentrer sur l’échantillon. Commutez la source d’éclairage du microscope pour observer l’échantillon en C deux. À l’aide de la caméra CCD, déplacez l’axe Z de la platine pour trouver 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 modeler la couche la plus basse, débloquez le faisceau laser. Réglez le logiciel du contrôleur de mouvement pour qu’il traduise l’échantillon dans les directions x, Y et Z à une vitesse de 100 microns par seconde.

La translation Z pendant le motif doit être dans la direction opposée à l’interface verre-polymère pour éviter toute interférence avec les structures fabriquées. Les trous de renard sombres exposés au laser contiennent de l’argent. L’énergie d’impulsion et le temps d’exposition.

Déterminez la taille des points argentés et la fréquence du modulateur optique custo ainsi que la vitesse de translation de l’échantillon. Déterminez l’espacement. Les paramètres actuels produisent de gros points avec une période de quatre micromètres pour le clair.

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 à travers le microscope optique NC deux en utilisant une exposition de 110 impulsions pour le voxel et de trois nanojoules par impulsion, la platine se déplaçant à 100 microns par seconde. Dans ce rendu 3D d’images de microscopie optique, l’échantillon fabriqué se compose d’un ensemble de points argentés superposés à un autre ensemble de points argentés.

Ils sont maintenus en place par la matrice polymère. Les données peuvent également être visualisées sous forme d’images de microscopie optique séquentielle qui sont animées au fur et à mesure que les échantillons sont déplacés loin de l’objectif du microscope, différentes caractéristiques apparaissent et sortent de la mise au point. Cette vidéo montre l’échantillon précédemment rendu en 3D.

Cette vidéo montre deux motifs de points qui s’enroulent en spirale dans la direction Z. Des images haute résolution de structures en argent fabriquées peuvent également être obtenues à l’aide d’un microscope électronique à balayage. Cet échantillon se compose d’un réseau 2D de points qui sont fabriqués directement sur le substrat de verre.

Notez que les caractéristiques argentées sont de taille submicrométrique. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de créer des structures d’argent tridimensionnelles dans une matrice polymère à l’aide d’un laser femtoseconde. N’oubliez pas que travailler avec des lasers et des produits chimiques peut être extrêmement dangereux et que vous devez toujours porter l’équipement de protection approprié lors de cette procédure.

Cette technique permet d’explorer de nouveaux designs et métamatériaux et de fabriquer des dispositifs qui ne peuvent pas être fabriqués à l’aide d’autres techniques.