Een methode om Disconnected Silver Nanostructuren Vervaardig in 3D

Dit protocol beschrijft in detail de fabricage van zilverstructuren in drie dimensies binnen een polymeermatrix met behulp van een femtoseconde-laser. Begin met het mengen van PVP en zilvernitraat in water om zilverionen te verkrijgen. Coat een glazen objectglas met de oplossing in een polymeermatrix en bak dit om een dikke polymeerlaag te creëren die is gedoteerd met zilverionen. Bestraal vervolgens de polymeerlaag met femtoseconde-laserpulsen om zilverstructuren binnen de polymeer te laten groeien. Analytische resultaten van optische microscopie en scanning-elektronenmicroscopie tonen de groei van de zilverstructuur in de laserbestraalde volumes van het monster. Het primaire voordeel van deze techniek ten opzichte van andere methoden, zoals UV-fotolithografie, is dat direct schrijven met een femtoseconde-laser middenstructuren in één stap kan creëren, en dit in 3D kan doen.

De sleutel tot dit proces is een combinatie van chemische reagentia in het monster, omdat dit de groei van zilver beperkt tot het door de laser bepaalde volume. Een toepassing van deze methode omvat de 3D-fabricage van isotroop metaal en diëlektrische metamaterialen voor infrarode en optische golflengten. Meet acht milliliters water af in een bekerglas.

Voeg 206 milligram polyvinylperideen toe en meng tot de oplossing helder is. Voeg vervolgens 210 milligram zilvernitraat toe en lossen dit op door te mengen. Bedek nu een glazen objectglas met de zilveroplossing via drop casting en bak de glazen objectglazen 30 minuten in een oven van 100 °C.

Verwijder de behandelde coupes en laat deze 30 minuten afkoelen. De optische opstelling bestaat uit een titanium-safierlaser, een Faraday-isolator, een pulskompressor, een kuo-optische modulator, een indie-filter, een zelfgebouwde microscoop met een CCD-camera en een driedassige translatiepodia. Lijn de laserstraal volledig door de microscoop uit.

Objectief naar de monsterhouder. De gehele opstelling dient op een optische tafel met trillingsisolatoren te staan. Stel de compressor zo in dat er pulsen van 50 femtoseconden na het microscoopobjectief worden verkregen.

Stel daarnaast de neutraaldichtheidsfilters zo in dat er drie nano dual-pulsen worden verkregen. Zorg vervolgens, na het objectief, dat de grootte van de laserspot groter is dan de achteropening van het microscoopobjectief. Stel vervolgens de al optische modulator zo in dat er blootstellingsvensters van 10 microseconden worden geproduceerd waarin het monster wordt bestraald.

Stel de herhalingssnelheid in op 25 hertz. Blokkeer de laserstraal voordat deze de microscoop bereikt. Plaats het monster op een drie-assige translatieestage.

Het straalpad van de femtosecond laserpulsen moet door het objectief van de beeldvormingsmicroscoop gaan en in het monster focussen. Schakel de verlichtingsbron van de microscoop om om het monster in C two te observeren. Verplaats met de CCD-camera de Z-as van de tafel om de interface tussen het glazen substraat en de polymeerfilm te vinden.

Stel de microscoop vervolgens opnieuw scherp op de gewenste diepte in het polymeer. Ontblokkeer de laserstraal om de onderste laag te patroonvormen. Stel de software van de bewegingscontroller zo in dat het monster in de x-, Y- en Z-richting wordt verplaatst met een snelheid van 100 microns per second.

De Z-translatie tijdens het patroonproces moet in de richting weg van de interface tussen het glas en het polymeer plaatsvinden om interferentie met de vervaardigde structuren te voorkomen. De donkere, met laser belichte foxholes bevatten zilver. De pulsenenergie en de belichtingstijd.

Bepaal de grootte van de zilveren stippen, de frequentie van de custo optische modulator en de translatiesnelheid van het monster. Bepaal de tussenruimte. De huidige instellingen produceren grote stippen met een periode van vier micrometer voor duidelijkheid.

Bij C-twee beeldvorming maken de AO-optische modulator en neutrale dichtheidsfilters een nauwkeurige controle mogelijk van de hoeveelheid energie die in het monster wordt gedeponeerd. Zilverstructuren zijn bijvoorbeeld gemakkelijk zichtbaar via de NC-twee optische microscoop met een belichting van 110 pulsen per voxel en drie nano joules per puls, terwijl de tafel zich verplaatst met 100 microns per seconde. In deze 3D-rendering van optische microscopiebeelden bestaat het vervaardigde monster uit een matrix van zilverstippen bovenop een andere matrix van zilverstippen.

Ze worden op hun plaats gehouden door de polymeermatrix. De gegevens kunnen ook worden gevisualiseerd als sequentiële optische microscopiebeelden die zijn geanimeerd terwijl de monsters van de microscoopobjectief worden bewogen, waarbij verschillende kenmerken in en uit de scherpte komen. Deze video toont het eerder in 3D gerenderde monster.

Deze video toont twee stippatroonen die in de Z-richting spiraalvormig verlopen. Beelden met een hoge resolutie van gefabriceerde zilverstructuren kunnen ook worden verkregen met een scanning-elektronenmicroscoop. Dit monster bestaat uit een 2D-array van stippen die direct op het glassubstraat zijn gefabriceerd.

Let op, de zilveren structuren hebben een grootte van minder dan een micrometer. Na het bekijken van deze video zou u een goed inzicht moeten hebben in hoe u driedimensionale zilverstructuren in een polymeermatrix kunt maken met behulp van een femtosecondelaser. Vergeet niet dat werken met lasers en chemicaliën uiterst gevaarlijk kan zijn en dat u altijd de juiste beschermende uitrusting moet dragen bij het uitvoeren van deze procedure.

Deze techniek maakt het mogelijk om nieuwe ontwerpen en metamaterialen te verkennen en apparaten te fabriceren die met andere technieken niet kunnen worden gemaakt.