Name: ייצור של מערכים Nanocup זהב תקופתיים באמצעות Colloidal ליתוגרפיה (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-09-02T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 21 s
Description: למד לייצר מערכי Nanocup זהב תקופתיים באמצעות ליתוגרפיה קולואידלית. שיטה זו מאפשרת יצירת סרטים ננו-פלזמוניים גמישים ושקופים ליישומים בסנסור כימי ואופטיקה לא לינארית.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

מחקר זה בוצע ב הפסיפי הלאומי מעבדה (PNNL), אשר מופעל על ידי מכון אנדרטת Battelle עבור מחלקת האנרגיה (DOE) תחת חוזה מס דה-AC05-76RL01830. המחברים להכיר בהכרת תודה תמיכה של מחלקת המדינה של ארה ב באמצעות מפתח אימות נכסי הקרן (V קרן) תחת כל הסוכנויות הסכם SIAA15AVCVPO10.

1. הכנת חומר <ol><li>מניחים כמה פרוסות סיליקון 2 in נשאית קוורץ לניקוי ולטעון את פרוסות סיליקון לתוך פלזמה תצריב המערכת. משאבת ואקום החדר למטה עד שהוא מגיע mTorr לפחות 75. פעולה זו עשויה להימשך מספר דקות.</li>
	<li>ומתחילים בהזרמת גז 2 (30 sccm) O ולאפשר את הלחץ עד שהוא יתייצב. הגדר את הזמן איכול 15 דקות. ברגע הלחץ קאמרית התייצב ליזום פלזמה גלי רדיו (RF) 13.56 MHz 250 W. 
	הערה: שלב זה מנקה את פרוסות סיליקון של אורגני בכל מזהם, functionalizes פני השטח עם hydroxylated (-OH) moieties ובכך מבטיחה הידרופילי של.</li>
	<li>בזמן ההמתנה עבור ניקוי פלזמה צעד כדי לסיים, להסיר באופן מסחרי שנרכש nanospheres פוליסטירן (170 nm קוטר, 10% מוצקים, 0.5% נתרן גופרתי dodecyl) מהמקרר (4 ° C). לאפשר את המיכל לחמם לטמפרטורת החדר.</li>
	<li>בקצרה מערבולת (1דקות.) ו sonicate (kHz 35, 1 דקות) את nanospheres פוליסטירן כדי למזער את הצטברות nanosphere.</li>
	<li>לתוך בקבוקון זכוכית נקי, למדוד 1.0 מיליליטר 170 nm nanospheres פוליסטירן ולהוסיף 1.0 מ"ל של H 2 O לקבל השעיה colloidal 5% מוצקים.</li>
	<li>לאחר 15 דקות, לעצור את הזרימה של O 2, וונט תא ואקום, ולהסיר את מוצרי קונדיטוריה טרי נקי.</li>
</ol> 2. ספין-ציפוי של תבנית פוליסטירן Nanospheres <ol><li>טעינה סיליקון נקי וופלים מ etcher פלזמה. ואז לטעון רקיק 2 in על גבי הספין-coater. ודא שממורכזת כראוי o-ring ברורה של נפולת רגילה. ליזום את הואקום ולהבטיח כי כשהפחד מחובר היטב אל הבמה.</li>
	<li>להגדיר את הפרמטרים ספין של הספין-coater. פרמטרים אלה משתנים בהתאם לגודל nanosphere. פתרון של 5% 170 nm nanospheres, להגדיר את הספין-coater לתהליך שלב 1 עם זמן ספין של 1 דקות, במהירות של 3,000 סל ד והאצה של 2,000 סל"ד/s.</li>
	<li>באמצעות מזרק חד פעמיות, לסגת ~ 1 מ"ל של צמיגי מ המבחנה. להפריש את המבחנה. לקחת את מסנן מזרק 5 מיקרומטר ולמקם אותו בסוף המזרק. לדכא את המזרק עד droplet של השעיה מנקה את הטיפ. המסנן מסיר אגרגטים בלתי רצויות, חלקיקים זה יכול להפחית באופן משמעותי את איכות הסרט.</li>
	<li>להפקיד את ההשעיה מספיק ישירות על מרכז הנגדי של זה כ 2/3 של פני השטח מכוסה. לנסות למזער בועות כי אלה יכולים להשפיע באיכות הסרט. סגור את המכסה ספין-coater ' ולחץ על ' התחל '. במהלך תהליך זה, ייתכן שתהיה אפשרות לראות סרט דק אפקטים הפרעה על פני כשהפחד nanospheres בעצמם. זה ישתנה בהתאם לקוטר nanosphere.</li>
	<li>להסיר את וופל מצופה ספין לאחר כיבוי האבק. לנגב את הקערה ואת המכסה של הספין-coater להסיר את עודף nanospheres.</li>
</ol> 3. סרט לטיב הערכה והכנה איכול <ol><li>חזותית להעריך את האיכות של הסרט עצמית שהורכב על-ידי חיפוש פגמים בולטים כגון פסים או פתחים, יתכן שהניתוק נגרם על ידי חלקיקים במהלך תהליך ציפוי ספין-</li>
	<li>להעריך את איכות הסרט על-ידי הצבת כשהפחד תחת מיקרוסקופ אופטי. גבולות דגן כמה פגמים הם נורמליים. אם הנגדי יש שטחים נרחבים ללא ציפוי או multilayers ברור, יש צורך להתאים את הפרמטרים ספין כדי לקבל סרט אחיד. מיקרוסקופ אלקטרונים עשוי לשמש גם כדי להעריך את איכות הסרט.</li>
	<li>הפעל את מקור האור מיקרוסקופ מבטיחות על גבי המשטח הנגדי של סיליקון באמצעות מטרה X 20. להעריך את האיכות במספר מקומות ברחבי כשהפחד כדי להבטיח אחידות.</li>
	<li>איכות הסרט האחרון, גשו היא להשתמש מיקרוסקופ אלקטרונים סריקה (SEM) כדי להמחיש את nanosphere הרכבה עצמית ננו. ניתן להעריך את מידת multilayers, חורים, תבואה גבולות/פגמים על פני חלקים קטנים של כשהפחד במהירות יחסית בעזרת טכניקה זו.</li>
	<li>פעם סרט מספיק התקבל, הצב כשהפחד לתנור (107 מעלות צלזיוס) למשך 2 דקות anneal את עצמי שהורכב nanospheres. זה מסייעת לעידוד הדבקה על המצע ותשואות משטח nanopatterned טוב יותר לאחר איכול.</li>
</ol> 4. תחריט מתכת התצהיר, אפיון אופטי <ol><li>טען כשהפחד annealed etcher פלזמה וליזום את המשאבה את תהליך.</li>
	<li>, ברגע תא ואקום מגיע mTorr לפחות 75, ומתחילים בהזרמת גז 2 (20 sccm) O ולחכות הלחץ לייצב. ליזום פלזמה RF (75 W) עבור 165 ס</li>
	<li>לאחר השלמת המעגל פלזמה RF, לעצור את הזרימה של O 2 ותנקה את התא.</li>
	<li>המצע הוא כעת חרוט ומוכן התצהיר מתכת. להעביר את הדגימה coater לרעוד. להוציא, להפקיד דקה (20 ננומטר) בשכבת זהב. שינוי זוויות התצהיר עשוי לשמש כדי לשנות את התכונות האופטיות של nanocups. במקרה זה, בדרך כלל המקרה המצע מתכת התצהיר בוצעה.</li>
	<li>אחרי העדות מתכת, המצע עשוי להיות מאופיין באמצעות ספקטרוסקופית אופטי. למקד את microspectrophotometer על פני המצע מתכת ומדידת ספקטרום השתקפות. עבור מערכים 170 nm חרוט nanosphere, LSPR היה-615 nm.</li>
	<li>סרט דביק רגיש ללחץ של שימוש, הנח בעדינות את הסרט עם המצע. זה ייתכן שיהיה צורך להסיר את כל הבועות אוויר שיצרו ב הממשק באמצעות פינצטה.</li>
	<li>לאחר הקלטת נמצאת בקשר עם המצע, הקלטת ייתכן מיד לקלף כדי להסיר את nanocups פני המצע. בעדינות קליפת חזרה את הקלטת, והתוצאה היא סרט קונפורמיים וגמישים של זהב nanocups.</li>
</ol>

<ol><li>Fang, Y., Sun, M. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/lsa/journal/v4/n6/full/lsa201567a.html">Nanoplasmonic waveguides: towards applications in integrated nanophotonic circuits.</a> Light Sci Appl. 4, e294(2015).</li>
<li>Li, J. F., Anema, J. R., Wandlowski, T., Tian, Z. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dielectric+shell+isolated+and+graphene+shell+isolated+nanoparticle+enhanced+Raman+spectroscopies+and+their+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Dielectric shell isolated and graphene shell isolated nanoparticle enhanced Raman spectroscopies and their applications.</a> Chemical Society Reviews. 44 (23), 8399-8409 (2015).</li>
<li>Wang, L., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsphotonics.5b00725">Large Area Plasmonic Color Palettes with Expanded Gamut Using Colloidal Self-Assembly.</a> ACS Photonics. , (2016).</li>
<li>Taylor, A. B., Michaux, P., Mohsin, A. S. M., Chon, J. W. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electron-beam+lithography+of+plasmonic+nanorod+arrays+for+multilayered+optical+storage%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Electron-beam lithography of plasmonic nanorod arrays for multilayered optical storage.</a> Optics Express. 22 (11), 13234-13243 (2014).</li>
<li>Endo, H., Mochizuki, Y., Tamura, M., Kawai, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+and+Functionalization+of+Periodically+Aligned+Metallic+Nanocup+Arrays+Using+Colloidal+Lithography+with+a+Sinusoidally+Wrinkled+Substrate%5BTitle%5D)+AND+%22Langmuir%22%5BJournal%5D)">Fabrication and Functionalization of Periodically Aligned Metallic Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography with a Sinusoidally Wrinkled Substrate.</a> Langmuir. 29 (48), 15058-15064 (2013).</li>
<li>Wang, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Symmetry+breaking+in+individual+plasmonic+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Symmetry breaking in individual plasmonic nanoparticles.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 103 (29), 10856-10860 (2006).</li>
<li>Wollet, L., et al. <a target="_blank" href="https://www.osapublishing.org/ome/abstract.cfm?uri=ome-2-10-1384">Plasmon hybridization in stacked metallic nanocups.</a> Optical Materials Express. 2 (10), 1384-1390 (2012).</li>
<li>Duempelmann, L., Casari, D., Luu-Dinh, A., Gallinet, B., Novotny, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Color+Rendering+Plasmonic+Aluminum+Substrates+with+Angular+Symmetry+Breaking%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Color Rendering Plasmonic Aluminum Substrates with Angular Symmetry Breaking.</a> ACS Nano. 9 (12), 12383-12391 (2015).</li>
<li>King, N. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Angle-+and+Spectral-Dependent+Light+Scattering+from+Plasmonic+Nanocups%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Angle- and Spectral-Dependent Light Scattering from Plasmonic Nanocups.</a> ACS Nano. 5 (9), 7254-7262 (2011).</li>
<li>Mirin, N. A., Halas, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light-Bending+Nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Light-Bending Nanoparticles.</a> Nano Letters. 9 (3), 1255-1259 (2009).</li>
<li>Eggleston, M. S., Messer, K., Zhang, L., Yablonovitch, E., Wu, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+antenna+enhanced+spontaneous+emission%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Optical antenna enhanced spontaneous emission.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (6), 1704-1709 (2015).</li>
<li>Bora, M., et al. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4802910?journalCode=apl">Plasmonic black metals in resonant nanocavities.</a> Applied Physics Letters. 102 (25), 251105(2013).</li>
<li>Akselrod, G. M., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsphotonics.6b00357">Efficient Nanosecond Photoluminescence from Infrared PbS Quantum Dots Coupled to Plasmonic Nanoantennas.</a> ACS Photonics. , (2016).</li>
</ol>

המחברים אין לחשוף.

פרוטוקול זה מדגים טכניקה נמוכים ויעיל עבור בדיית מערכים תקופתי של plasmonic nanocups זהב. טכניקה זו היא יתרון מיוחד כי זה מונע תהליכים מלמעלה-למטה טורי כגון ליתוגרפיה קרן אלקטרונים או יון ממוקדת קרן כרסום. הטכניקה הציג מראה nanospheres פולימריים זמינים מסחרית הניתנים להרכבה עצמית ובצורה ישירה לשרת בתור תבנית בגודל ננו עיבוד נוסף.
שינויים, פתרון בעיות:
אם איכות הסרט המסכן, ייתכן צורך לסנן מראש את הפתרון nanosphere. כאן, השתמשנו מסנן מזרק 5 מיקרומטר א...

הופעתה של פלזמוניקה בשיתוף עם nanofabrication משופר וטכניקות סינתזה הביאו אודות מגוון רחב של טכנולוגיות מרגש כמו עקיפה משנה מוגבלת circuity, זיהוי כימי משופרת, וחישה אופטי 1 ,2,3. ב פרוטוקול זה, נדגים טכניקה מדרגיים, בעלות נמוכה יחסית מסוגל בדיית nanopatterned סובסטרטים plasmonic באמצעות nanospheres פולימריים זמינים מסחרית צעד איכול ואחריו התצהיר מתכת. שלא כמו טכניקות אחרות עבור בדיית nanopatterned מצעים, כגון אלקטרון קרן ליתוגרפיה4, טכניקה זו במהירות וביעילות, וניתן לשנותם 300 מ"מ ופלים וצעד מעבר במינימום מאמץ והשימושים העברה כדי לייצר גמיש, סרטים קונפורמיים5.
מאז התקופה הרומית, היינו לדעת כי מתכות מסוימות כגון זהב וכסף יכולות להיות התכונות האופטיות מבריק כאשר הם מחולקים דק. היום, אנו מבינים כי חלקיקי מתכת האלה מוצג אפקט הנקרא "תהודה פלזמון משטח מקומי" (LSPR) כאשר מידות שלהם מתקרב של ננו. LSPR הוא אנלוגי לאופרטור גל עומד שבו מאוגדים בחולשה אלקטרונים הנמצאים המתכת נעים באופן עקבי ומאוחד כאשר האור של תדרים מסוימים משמיד את חלקיקי מתכת. Nanostructures אניסוטרופי הם מעניינים במיוחד כי מגנטיים אופטי ייחודי יכולים להופיע כתוצאה סימטריה שבירת6,7,8.
התאורה של מבנים פרוסת (nanocup) עם אור יכול לרגש דיפול חשמלי או מצבי פלזמון דיפול מגנטי, תלוי בגורמים כגון הזווית התצהיר של המתכת, הכיוון של המצע ביחס לאור התקרית, ו קיטוב של התקרית אור9. לעתים קרובות היה נחשב Nanocups מקביל תלת מימדי פיצול-טבעת ומהודים, שבו תדר תהודה ניתן לקרב את ערכיהן גם LC-מתנד10,11. תדירות תהודה בגודל של nanospheres פולימרים המשמש כאן (170 nm), כמות זהב הפקיד (20 ננומטר), שיעורי איכול נכנעים תדירויות תהודה פורש את גלוי, בקרבת מקום ל- IR.
ניתן למדוד את מאפייני אופטי nanocups זהב שידור או השתקפות, בהתאם המצע המשמש לציפוי-ספין. בפרוטוקול שהוצגו, בחרנו להשתמש 2 in סיליקון כמו המצע ולבצע מדידות השתקפות לאחר התצהיר מתכת. המדידות בוצעו באמצעות מיקרוסקופ מצמידים ספקטרומטר ואנליזת עם מקור אור הלוגן. גם היו לנו הצלחה באמצעות זכוכית מצעים, המאפשר שידור והשתקפות מדידות מיד לאחר העדות מתכת. יתר על כן, טכניקה זו בקלות וניתן לשנותם ואינו מוגבל ל- 2 in ופלים. בשל הזמינות רחב מסחרי של nanospheres פולימרים monodisperse באיכות גבוהה, זה פשוט לכוון את התכונות האופטיות של מבנים אלה על-ידי הפעלת פשוט nanospheres בגודל שונה.
בפרוטוקול זה, טכניקה כדי לבדות אניסוטרופי זהב פרוסת (או nanocup) nanostructures באמצעות שיטה הנקראת ליתוגרפיה colloidal הוא הפגין. ליתוגרפיה colloidal משתמש הרכבה עצמית של מאוד nanosphere פולימריים monodisperse במהירות דפוס מצע זה יכול להיות מעובד יותר לתוך מצע plasmonic לאחר לרעוד. להוציא ציפוי שכבה דקה של זהב. באופן דומה, זה ניתן לכוונן את חיזקו המצע על-ידי הטיית המצע מדגם במהלך התצהיר מתכת. המבנים וכתוצאה מכך הם רגישים קיטוב בגלל. בנוגע למקורו ננו-מבנה בנוי. . הנה, נדגים אחד מסוים במקרה ולבצע ההמראה כדי להעביר את המבנים סרט שקוף, גמיש ואפיון אופטי.

<table><tbody><tr><td>מיקרוספירות פוליסטירן מעבדות</td><td>בנגס, בע"מ</td><td>PS02N</td><td>170 ננומטר &ndash; פרוסות סיליקון בקוטר 580 ננומטר</td></tr><tr><td></td><td>El-CAT, Inc.</td><td>3489</td><td>עובי 300 מ"מ, צד אחד מלוטש [100]</td></tr> <tr><td>סרט דבק</td><td>3M</td><td>סקוטש 600</td><td></td></tr><tr><td>ציפוי ספין</td><td>לורל</td><td>WS-650-23B</td><td></td></tr><tr><td>תחריט פלזמה</td><td>Nordson March&nbsp;</td><td>AP-600</td><td></td></tr><tr><td>מיקרוספקטרופוטומטר</td><td>CRAIC</td><td>380-PV</td><td></td></tr><tr><td>סוניקטור</td><td>VWR</td><td>97043-932</td><td></td></tr><tr><td>בקבוקוני נצנוץ</td><td>Wheaton</td><td>986734</td><td></td></tr><tr><td>מסנן מזרק 5 אום</td><td>Millex</td><td>SLSV025LS</td><td></td></tr><tr><td>גז חמצן</td><td>Oxarc</td><td>PO249&nbsp;</td><td>דירוג תעשייתי 99.5% טוהר</td></tr><tr><td>משאבת ואקום</td><td>קורט ג'יי לסקר</td><td>אדוארדס 28</td><td></td></tr><tr><td>מזרקים חד פעמיים</td><td>Air Tite Products Co.</td><td>14-817-25</td><td>קיבולת 1 מ"ל</td></tr><tr><td>מים</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>W4502</td><td></td></tr></tbody></table>

ייצור של מערכים nanocup זהב תקופתיים באמצעות colloidal ליתוגרפיה

Fabrication of Periodic Gold Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography

בתוך בשנים האחרונות בתחום פלזמוניקה התפוצץ כמו החוקרים הדגימו יישומים מרגש הקשורים כימית, אופטי חישה בשילוב עם טכניקות חדשות nanofabrication. פלזמון הוא קוונטום של תנודה צפיפות מטען והקים ננו מתכות כגון זהב וכסף מאפיינים אופטיים ייחודיים. בפרט, חלקיקי זהב וכסף התערוכה תנודות צפיפות מטען מגנטיים קולקטיבית פלזמון משטח מקומי על פני השטח של ה-ננו-חלקיק-in מקשת הצבעים הנראים לעין. כאן, אנו מתמקדים הזיוף של מערכים תקופתי של אניסוטרופי nanostructures plasmonic. מבנים אלה פרוסת (או nanocup) יכולים להפגין נוספים ייחודיים אור מעוקלת, קיטוב תלוית התכונות האופטיות הזה nanostructures איזוטרופיות פשוט לא יכול. החוקרים הם מעוניין הזיוף של מערכים תקופתי של nanocups עבור מגוון רחב של יישומים, כגון התקנים אופטיים נמוכים, ראמאן משופרת השטח פיזור, ולשנות אינדיקציה. אנו מציגים טכניקה מדרגי בהתאם ליתוגרפיה colloidal שבהם זה ניתן בקלות ליצור מערכים תקופתית גדולה של nanocups באמצעות ציפוי ספין והתכנסו עצמית nanospheres פולימריים זמינים מסחרית. מיקרוסקופ אלקטרונים וספקטרוסקופיה אופטי של גלוי-סגול (ליד-IR) בוצע כדי לאשר nanocup מוצלח פבריקציה נוספת. נסיים עם הפגנה של העברת nanocups לסרט דבק גמיש, קונפורמית.

Nanocups זהב הוכנו תוך שימוש 170 nm nanospheres קוטר פוליסטירן. לאחר חישול למשך 2 דקות ב 107 ° C ו תחריט עם 75 וואט, פלזמה2 sccm O 20 עבור 165 s, הסרט שנוצר התאפיינה באמצעות SEM (איור 1). כדי להעריך את האיכות של הסרט ספין-casted, להיות אופטי מיקרוסקופיה-בנוסף על בדיקה חזותית-מאי פעם (איור 2). סרטים באיכות גבוהה צריך להיות בעיקרו מפגמים. דגן גבולות הם נצפו בדרך כלל אפילו בסרטים באיכות גבוהה, אך עם תשומת-לב רבה לפרטים, ז...

אנחנו מדגימים הזיוף של מערכים nanocup זהב תקופתיים באמצעות טכניקות ליטוגרפית colloidal ולדון את החשיבות של סרטים nanoplasmonic.

ייצור של מערכים Nanocup זהב תקופתיים באמצעות Colloidal ליתוגרפיה

Within recent years, the field of plasmonics has exploded as researchers have demonstrated exciting applications related to chemical and optical sensing ...

המטרה הכוללת של הליך זה היא לייצר ולאפיין מערכים מחזוריים של ננו-כוסות זהב באמצעות טכניקה פשוטה וזולה הנקראת ליתוגרפיה קולואידית. לננו-כוסות או ננו-מעטפות של זהב יש תכונות אופטיות ייחודיות שמצאו יישום בתחומים כגון אופטיקה לא-ליניארית, מטא-חומרים וחשיפה כימית. בסרטון זה, תלמדו כיצד לייצר סרטי מערך ננו-פלזמוניים גמישים ושקופים באמצעות טכניקה זולה המבוססת על הרכבה עצמית של ננו-ספירות פוליסטירן מונו-דיספרסיות מאוד.גישה זו נהנית מיתרון של יכולת הרחבה (scalability) בהשוואה לתהליכים סדרתיים כגון ליטוגרפיית EUV. לסרטים אלה, המורכבים ממערכים מחזוריים של ננו-כוסות או ננו-קליפות של זהב, יש יישומים הנעים בין חישוש כימי, חיווי על פריצה (tamper indication) ופוטו-וולטאיקה. יתרה מכך, קל לכוונן את התהודה הפלסמונית של סרטים אלה מאור נראה לאינפרא-אדום קרוב, בהתאם ליישום הרצוי.סרטון זה יתאר את תהליך הייצור של מערכי ננו-כוסות זהב על מצע סיליקון שניתן להקרבה, את האפיון האופטי של המבנים שהתקבלו, ואת העברת הסרטים לסרט דביק שקוף. ראשית, הניחו מספר פרוסות סיליקון בתוך נשא קוורץ לניקוי בפלזמה. פעולה זו מבטיחה שטח פנים הידרופילי נקי, החיוני להרכבה עצמית של הננו-ספירות הפולימריות.בשלב הבא, הכניסו את נשאי הקוורץ למערכת הפלסמה והפעילו את הוואקום. המערכת הוגדרה לניקוי בפלסמת חמצן בהספק של 250 watt למשך 15 דקות ובקצב זרימה של 30 SCCM של חמצן. בזמן שפרוסות הסיליקון עוברות ניקוי בפלסמה, הוציאו את תמיסת ננו-כדורי הפוליסטירן מהמקרר והמתינו שיגיעו לטמפרטורת החדר.כדי לסייע בהבטחת תמיסה אחידה, ערבבו את התמיסה בקצרה באמצעות וורטקס למשך דקה אחת. לאחר מכן, בצעו סוניקציה לתמיסה למשך דקה אחת. כדי להשיג שכבה אחת (monolayer) במהלך ציפוי בסבב (spin coating), יש לדלל בדרך כלל את תמיסת המקור של הננו-ספירות בריכוז של 10% משקל.כדי לעשות זאת, נשתמש במים נקיים בדרגת טהרה גבוהה כדי לדלל את תמיסת הננו-ספירות לריכוז של 5% מוצקים ממשקל. הוצא את פרוסות הסיליקון הנקיות ממערכת הפלסמה ובדוק אם קיימים בהן מזהמים כגון אבק או שאריות אורגניות. אם הפרוסה תקינה, מקם אותה במרכז מכשיר ה-spin coater והפעל את הוואקום.בשלב הבא, הגדירו במכשיר ה-spin coater את המהירות, התאוצה וזמן הסיבוב המתאימים. ערכים אלו ישתנו בהתאם לגודל ולריכוז של ננו-ספירות הפוליסטירן שבשימוש. במקרה זה, הגדירו את ה-spin coater ל-3,000 rpm, תאוצה של 2,000 rpm לשנייה למשך דקה אחת, כדי להשיג כיסוי של שכבה אחת (monolayer).יש לקחת תמיסת ננו-ספירות מדוללת, ובעזרת מזרק פלסטיק, לשאוב כ-1 ml מתמיסת הננו-ספירות. לאחר מכן, יש להרכיב מסנן של 5 micron על קצה המזרק. פעולה זו תסייע בהסרת אגלומרטים שעלולים להשפיע לרעה על איכות הסרט המורכב עצמית.החזיקו את המזרק מעל ה-spin coater ולחצו על הבוכנה עד לשחרור טיפה אחת של תמיסת הננו-ספירות. לאחר מכן, בתנועה רציפה, טפטפו כמות מספקת של תמיסה למרכז ה-wafer עד שכשני שליש (2/3) מה-wafer יכוסו. סגרו את המכסה והפעילו את מחזור הסיבוב.המתינו עד לסיום מחזור הסבב, לאחר מכן שחררו את הוואקום, פתחו את המכסה והוציאו את הפרוסה (wafer). נגבו את פנים מכשיר הספין-קוטור (spin coater), תוך הקפדה על הסרת כל שארית של תמיסת הננו-ספירות. לפני ההמשך, חיוני להעריך את איכות הסרט שהופק בשיטת הספין-קאסטינג (spun cast film).ראשית, ניתן לבצע בדיקה ויזואלית כדי לחפש פגמים שנגרמו על ידי בועות אוויר, אבק או אגלומרטים. לאחר מכן, ניתן להשתמש במיקרוסקופיה אופטית כדי להעריך באופן מעמיק יותר את איכות הסרט. לאחר הדלקת מקור האור והנחת הדגימה תחת העדשה, ניתן להעריך בבירור את איכות הסרט, כולל היווצרות של שכבות מרובות, פגמים או חורים.בתמונות אלו אנו רואים סרט באיכות גבוהה, סרט המכיל רב-שכבות, וסרט המכיל חורים. הטכניקה הסופית להערכת איכות הסרט היא שימוש במיקרוסקופיה אלקטרונית סורקת. דבר זה מאפשר לנו לדמיין את הסרט בקנה מידה ננומטרי.לאחר הערכת איכות הסרט, עלינו כעת לבצע חישול (annealing) של הננו-ספירות לתשתית. יש להניח את התשתית בתנור בטמפרטורה של 107 °C למשך כשתי דקות. הוצא את התשתית מהתנור ואפשר לה להתקרר לזמן קצר לטמפרטורת החדר.בשלב הבא, העבירו את המצע שעבר חישול למערכת הפלסמה לצורך תסריט (etching). הגדירו את מערכת הפלסמה ל-75 watts, ל-20 SCCM של חמצן, ולזמן תסריט של 175 seconds. התחילו את זרימת החמצן.המתן עד שהלחץ יתייצב והפעל את פלזמת ה-RF. כפי שמוצג, פלזמת חמצן תחקק באופן איזוטרופי את ננו-ספירות הפוליסטירן, מה שיוביל למערך מחזורי של ספירות במרווחים אחידים. לאחר התחקור, שקע שכבת ביניים של זהב בעובי 29 בעזרת ציפוי התזתה (sputter coating).ניתן ליצור מבנים אניזוטרופיים על ידי שינוי זווית השקיעה. עבור דגימות אלו, זהב שקע בניצב למצע. מוצגת כאן משמאל פרוסה של שני אינץ' של ננו-ספירות פוליסטירן שנוצרו בשיטת spin casting.מימין מופיעה פרוסה לאחר שיקוע זהב. מיקרו-ספקטרופוטומטר משמש למדידת התכונות האופטיות של מערך ננו-כוסות הזהב על מצע הסיליקון. שיא תהודה הפלזמון מתרחש בערך ב-650 nanometers.השלב האחרון של פרוטוקול זה הוא העברת מערך ננו-כוסות הזהב לסרט גמיש וקונפורמלי. אנו משתמשים בסרט דביק שקוף הרגיש ללחץ כדי לבצע את טכניקת ההסרה (lift off) המהירה והפשוטה הזו. קחו רצועת דבק והניחו אותה בזהירות במגע עם המצע המצופה בזהב.ייתכן שתמצאו כי יש צורך להסיר בעדינות בועות אוויר שייתכן שנוצרו בין פני השטח של הפרוסה (wafer) לבין הסרט. לאחר שהסרט יצר מגע טוב עם התשתית, קלפו את הסרט בעדינות. לאחר הסרת הסרט באופן מלא, התוצאה היא סרט גמיש וקונפורמלי של nanocups המסודרים באופן מחזורי.בשיטה זו, יוצרו סרטים ננו-פלסמוניים באמצעות ליתוגרפיה קולואידית, תערוכה פלסמית ומטליזציה, כאשר ננו-כדורי פוליסטירן שימשו כמסכת תבנית בהרכבה עצמית להשקעת ננו-גביעים של מתכת. תוצאות תהליך הייצור אומתו באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק. כאן אנו רואים את המיקרוגרפים של השכבה המונחית המרוכבת עצמית של ננו-כדורי פוליסטירן, הננו-כדורים לאחר התערוכה, והננו-גביעים לאחר השקעת המתכת.התכונות האופטיות של סרטים אלו כוללות העברה טובה של אור עד לכ-70% בספקטרום הנראה, תוך שמירה על תהודה פלסמונית שניתן לזהותה בבירור. ליתוגרפיה קולואידית היא טכניקה מהירה ובעלת פוטנציאל לעלות נמוכה לייצור סרטים ננו-פלסמוניים. טכניקה זו דורשת ציוד זמין נפוץ בלבד, וניתן להכין סרטים ננו-פלסמוניים תוך שעות ספורות בלבד.כאן הצגנו כיצד להשתמש בטכניקה זו ליצירת סרטים המורכבים ממערכים מחזוריים של ננו-כוסות זהב בעלות תגובה פלסמונית בספקטרום הנראה. לאחר שתשלטו בטכניקה זו, תוכלו לייצר מגוון רחב של סרטים ננו-פלסמוניים עם תגובות אופטיות הן בספקטרום הנראה והן באינפרה-אדום הקרוב.

fabrication-periodic-gold-nanocup-arrays-using-colloidal

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

קולואידים Alkanethiolate זהב התייצב המכונה אשכולות monolayer מוגן (MPCs) מסונתזים, המאופיינת, ו התאספו לתוך סרטים דקים כממשק ספיחה עבור אלקטרוכימיה חלבון monolayer של חלבון חיזור פשוטות...

סינתזה, הרכבה, אפיון monolayer מוגן סרטים Nanoparticle זהב עבור אלקטרוכימיה monolayer חלבון

כתיבה ישירה femtosecond ליזר משמשת לעתים קרובות כדי ליצור דפוסים תלת ממדים (3D) בפולימרים וכוסות. עם זאת, דפוסי מתכות ב-3D עדיין מהוות אתגר. אנו מתארים שיטה לבודת ננו כסף שנתקע בתוך מטריצת פולימר באמצעות ליזר femtosecond המרוכז ב 800 ננומטר.

שיטה לפברק ננו כסף המנותק ב-3D

מאמר זה מציג פרוטוקול ייצור מפורט לשער שהוגדרו נקודות קוונטיות של מוליכים למחצה לרוחב על heterostructures arsenide גליום. התקני ננו אלה משמשים כדי ללכוד כמה אלקטרונים לשימוש כביטים קוונטיים בעיבוד אינפורמציה קוונטית או לניסויים אחרים Mesoscopic כגון מדידות מוליכות קוהרנטית.

Nanofabrication של השער שהוגדרו GaAs / AlGaAs נקודות קוונטיות רוחביות

אנו מדווחים על טכניקות לסרטים באמצעות הדפסת סטנסיל וphotolithography, כמו גם שיטות לתאי תרבות על דפוסי microfabricated הדקים זהב nanoporous micropattern. בנוסף, אנו מתארים שיטות ניתוח תמונה למאפיינות מורפולוגיה של החומר ואת התאים בתרבית באמצעות אלקטרונים סורקים וטכניקות מיקרוסקופ פלואורסצנטי.

Microfabrication של דפוסי זהב Nanoporous לסלולרי מהותי מחקרי אינטראקציה

אנו מדווחים שיטה פשוטה לבודת מערך צפיפות ultrahigh של nanowires האורגני הקטן מולקולרי מסודרים בצורה אנכית. שיטה זו מאפשרת לסינתזה של גיאומטריות מורכבות heterostructured היברידי nanowire, שניתן לגדל ביוקר על מצעים שרירותיים. מבנים אלו יישומים פוטנציאליים באלקטרוניקה אורגנית, אופטו, חישה כימית, photovoltaics וספינטרוניקה.

מערך צפיפות ultrahigh של nanowires אורגני קטן מולקולרי בציר אנכי על מצעים שרירותיים

טכניקה פשוטה, חזקה וניתן להרחבה לfunctionalize ולהרכיב עצמי סרטי monolayer nanoparticle ליגנד מקרוסקופית על גבי מצעים נטולי תבנית מתוארת בפרוטוקול זה.

טכניקה לfunctionalize ועצמי להרכיב מקרוסקופית Nanoparticle ליגנד חד שכבתי סרטים על גבי מצעים נטולי תבנית

פרוטוקול לסינתזה קולואידים של nanocubes כסף ייצור של אנטנות תיקון ננו plasmonic עם פערים תת-10 ננומטר מוצג.

סינתזה קולואיד של אנטנות Nanopatch עבור יישומים plasmonics ו Nanophotonics

כאן, אנו מציגים עבור הזיוף של צלחות nanopattern מעבר צבע באמצעות nanoimprinting תרמי ואת שיטת הקרנה התגובות של האדם ובתאים אנדותל nanostructures פרוטוקול. באמצעות הטכנולוגיה המתואר, זה אפשרי לייצר לפיגום שיכול להשפיע על התנהגות התא על ידי הגירויים הפיזיים.

ייצור של מעבר צבע Nanopattern על ידי טכניקת Nanoimprinting תרמית והקרנת התגובה של תאים אנושיים המושבה יוצרי אנדותל

פרוטוקול זה פרטים טכניקה ננו-ייצור חדשניים יכול לשמש כדי להפוך סרטים nanoparticle לשליטה וניתנים מעל אזורים גדולים על בסיס הרכבה עצמית של dewetting של סרטי מתכת רצ'ט.

שטח גדול Nanofabrication מבוססת על המצע של חלקיקי זהב לשליטה, להתאמה אישית באמצעות Dewetting רצ'ט

מתואר כאן שיטת ליטוגרפיה ננוספירה לייצור מקביל של מגלי גל במצב אפס, שהם מערכים של ננו-פטרטורים במיקרוסקופיה זכוכית מצופה מתכת עבור הדמיית מולקולה בודדת בריכוזים ננו-למיקרומולרים של פלואורופורים. השיטה מנצלת את ההרכבה העצמית של הגביש הקולואידי כדי ליצור תבנית מגיד גל.

ייצור של מגלי גל במצב אפס למיקרוסקופיה של מולקולה בודדת בריכוז גבוה

פרוטוקול לסנתז ~ 12 ננומטר זהב קוטר חלקיקים (Au חלקיקים) בממס אורגני מוצג. חלקיקי הזהב מכוסים ליגנדים אוליאמין כדי למנוע agglomeration. חלקיקי הזהב מסיסים בממסים אורגניים כגון טולואן.

סינתזת חלקיקי זהב

למד לייצר מערכי Nanocup זהב תקופתיים באמצעות ליתוגרפיה קולואידלית. שיטה זו מאפשרת יצירת סרטים ננו-פלזמוניים גמישים ושקופים ליישומים בסנסור כימי ואופטיקה לא לינארית.

ייצור של מערכים Nanocup זהב תקופתיים באמצעות Colloidal ליתוגרפיה

גלה סרטונים נוספים