Name: Um método para fabricar nanoestruturas de prata desconectados em 3D (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-11-27T12:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 45 s
Description: Aprenda a fabricar nanoestruturas de prata tridimensionais em matriz de polímero usando escrita direta a laser femtossegundo. Este método permite a criação de estruturas metálicas complexas em uma única etapa para aplicações em nanotecnologia.

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Reconhecemos Paulo JL Webster para a renderização 3D dos dados ópticos com Amira. Phil Muñoz e Benjamin Franta desde comentários sobre o manuscrito todo o seu desenvolvimento. A pesquisa descrita neste trabalho foi apoiado pela Força Aérea, Escritório de Pesquisa Científica em bolsas FA9550-09-1-0546 e FA9550-10-1-0402.

1. Preparando metal-íon Doped filme de polímero <ol><li> Medir 8 ml de água numa proveta. </li><li> Adicionar 206 mg de PVP com a água. Misturar utilizando um agitador magnético ou misturador de vórtice até que a solução fique límpida. </li><li> Adicionar 210 mg de AgNO3 à solução. Misturar utilizando um agitador magnético ou misturador de vórtice até que a solução é límpida. </li><li> Slides revestimento de vidro com solução através da fundição de queda. </li><li> Colocar a lâmina de vidro em um conjunto de forno a 100 ° C. Asse amostra durante 30 minutos. </li><li> Remover a amostra do forno e deixe esfriar por 30 minutos. </li></ol> 2. Fabricação de Estruturas de prata Disconnected <ol><li> Alinhar a configuração ilustrada na Figura 1 na tabela óptica com isoladores de vibração. </li><li> Ajuste compressor para obter 50-FSEC pulsos após objectiva do microscópio. </li><li> Ajustar filtros de densidade neutra para se obter 3-nj pulsos após o objectivo. </li><li> Assegurar o tamanho do ponto laser é maior do que a volta da abertura da objetiva do microscópio. </li><li>Definir modulador acústico-óptico para a produção de vidros de 10 mseg, durante o qual a exposição a amostra é irradiada. </li><li> Bloco de raio laser antes que ele atinja a amostra de microscópio e em lugar de 3 eixos fase de tradução. O percurso do feixe de impulsos de laser femtosegundo deve passar através da objectiva de microscópio de imagem e para a amostra. </li><li> Ligue fonte de iluminação do microscópio para observar a amostra in-situ utilizando a câmara CCD. </li><li> Traduzir eixo z de fase para encontrar de interface entre o substrato de vidro e película de polímero. Então, reorientar microscópio para a profundidade desejada dentro do polímero para a camada inferior mais patterning. Z-tradução durante padronização devem ser na direcção para longe da interface vidro-polímero para evitar a dispersão com estruturas fabricadas. </li><li> Desbloquear feixe de laser e software conjunto controlador de movimento para traduzir amostra em x -, y - e z - direções com velocidade de 100 mm / seg. Irradiar voxels individuais para 10 ms umaª separados voxels vizinhos por pelo menos vários micrômetros para imagens in-situ claro. Definir óptico-acústico taxa de repetição de 25 Hz para modulador irá produzir quatro mícrons espaçamento. Áreas expostas a laser irá conter estruturas de prata. </li></ol>

<ol><li>von Freymann, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-Dimensional+Nanostructures+for+Photonics%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Functional+Materials%22%5BJournal%5D)">Three-Dimensional Nanostructures for Photonics.</a> Advanced Functional Materials. 20, 1038-1052 (2010).</li>
<li>LaFratta, C. N., Fourkas, J. T., Baldacchini, T., Farrer, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiphoton+Fabrication%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Multiphoton Fabrication.</a> Angewandte Chemie International Edition. 46, 6238-6258 (2007).</li>
<li>Gattass, R. R., Mazur, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Femtosecond+laser+micromachining+in+transparent+materials%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Photon%22%5BJournal%5D)">Femtosecond laser micromachining in transparent materials.</a> Nat. Photon. 2, 219-225 (2008).</li>
<li>Li, L., Gattass, R. R., Gershgoren, E., Hwang, H., Fourkas, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Achieving+%CE%BB%2F20+Resolution+by+One-Color+Initiation+and+Deactivation+of+Polymerization%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Achieving λ/20 Resolution by One-Color Initiation and Deactivation of Polymerization.</a> Science. 324, 910-913 (2009).</li>
<li>Haske, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((65+nm+feature+sizes+using+visible+wavelength+3-D+multiphoton+lithography%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">65 nm feature sizes using visible wavelength 3-D multiphoton lithography.</a> Opt. Express. 15, 3426-3436 (2007).</li>
<li>Xing, J. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improving+spatial+resolution+of+two-photon+microfabrication+by+using+photoinitiator+with+high+initiating+efficiency%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Improving spatial resolution of two-photon microfabrication by using photoinitiator with high initiating efficiency.</a> Appl. Phys. Lett. 90, 131106(2007).</li>
<li>Tan, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reduction+in+feature+size+of+two-photon+polymerization+using+SCR500%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Reduction in feature size of two-photon polymerization using SCR500.</a> Appl. Phys. Lett. 90, 071106(2007).</li>
<li>Vora, K., Kang, S., Shukla, S., Mazur, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fabrication+of+disconnected+three-dimensional+silver+nanostructures+in+a+polymer+matrix%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Fabrication of disconnected three-dimensional silver nanostructures in a polymer matrix.</a> Appl. Phys. Lett. 100, 063120(2012).</li>
<li>Güney, D. Ö, Koschny, T., Soukoulis, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intra-connected+three-dimensionally+isotropic+bulk+negative+index+photonic+metamaterial%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Express%22%5BJournal%5D)">Intra-connected three-dimensionally isotropic bulk negative index photonic metamaterial.</a> Opt. Express. 18, 12348-12353 (2010).</li>
<li>Grigorenko, A. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanofabricated+media+with+negative+permeability+at+visible+frequencies%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Photon%22%5BJournal%5D)">Nanofabricated media with negative permeability at visible frequencies.</a> Nat. Photon. 438, 335-338 (2005).</li>
<li>Grigorenko, A. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Negative+refractive+index+in+artificial+metamaterials%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Negative refractive index in artificial metamaterials.</a> Opt. Lett. 31, 2483-2485 (2006).</li>
<li>Shalaev, V. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Negative+index+of+refraction+in+optical+metamaterials%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Negative index of refraction in optical metamaterials.</a> Opt. Lett. 30, 3356-3358 (2005).</li>
<li>Ishikawa, A., Tanaka, T., Kawata, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+excitation+of+magnetic+resonance+in+metamaterials+at+far-infrared+frequencies%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Magnetic excitation of magnetic resonance in metamaterials at far-infrared frequencies.</a> Appl. Phys. Lett. 91, 113118(2007).</li>
<li>Tanaka, T., Ishikawa, A., Kawata, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Two-photon-induced+reduction+of+metal+ions+for+fabricating+three-dimensional+electrically+conductive+metallic+microstructure%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Two-photon-induced reduction of metal ions for fabricating three-dimensional electrically conductive metallic microstructure.</a> Appl. Phys. Lett. 88, 081107(2006).</li>
<li>Ishikawa, A., Tanaka, T., Kawata, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Improvement+in+the+reduction+of+silver+ions+in+aqueous+solution+using+two-photon+sensitive+dye%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Improvement in the reduction of silver ions in aqueous solution using two-photon sensitive dye.</a> Appl. Phys. Lett. 89, 113102(2006).</li>
<li>Cao, Y. -Y., Takeyasu, N., Tanaka, T., Duan, X. -M., Kawata, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((3D+Metallic+Nanostructure+Fabrication+by+Surfactant-Assisted+Multiphoton-Induced+Reduction%5BTitle%5D)+AND+%22Small%22%5BJournal%5D)">3D Metallic Nanostructure Fabrication by Surfactant-Assisted Multiphoton-Induced Reduction.</a> Small. 5, 1144-1148 (2009).</li>
</ol>

Não há conflitos de interesse declarados.

A chave para o processo é a obtenção de uma matriz dieléctrica dopado que permite a fabricação de alta resolução, mas não se degrada mais rapidamente após a preparação. Uma mistura simples de PVP, AgNO 3 e H 2 O permite a criação de nanoestruturas de alta resolução de prata que estão incorporados no interior de uma matriz de suporte. Variando a proporção de PVP de AgNO 3 irá alterar a energia de laser necessária para a fabricação, e outras propriedades, tais como potencialmente resolução...

um método para fabricar nanoestruturas de prata desconectados em 3d

A Method to Fabricate Disconnected Silver Nanostructures in 3D

O kit de ferramentas inclui técnicas de nanofabricação padrão principalmente destinadas a criar padrões 2D em meios dielétricos. Criando padrões de metal em uma escala submicron requer uma combinação de ferramentas nanofabricação e vários passos de processamento do material. Por exemplo, os passos para criar estruturas metálicas planas usando fotolitografia ultravioleta e litografia por feixe de elétrons podem incluir a exposição da amostra, desenvolvimento da amostra, a deposição de metal e decolagem metal. Para criar estruturas metálicas em 3D, a sequência é repetida várias vezes. A complexidade e dificuldade de empilhamento e alinhamento de camadas múltiplas limita implementações práticas de estruturação de metal 3D usando ferramentas de nanofabricação padrão. Laser femtosegundo escrita direta surgiu como uma técnica de pré-eminente de nanofabricação 3D. 1,2 lasers de femtossegundos são freqüentemente usados ​​para criar padrões 3D em polímeros e vidros. 3-7 No entanto, metal 3D direto escrever permanece um desafio. Aqui, nósdescrevem um método para o fabrico de nanoestruturas de prata embutido no interior de uma matriz de polímero usando um laser de femtosegundos centrado em 800 nm. O método permite a fabricação de padrões não viáveis ​​utilizando outras técnicas, tais como matrizes 3D de voxels prata desconectadas. 8 desconectados padrões de metal 3D são úteis para células unitárias metamateriais onde não estão em contacto uns com os outros, tais como o metal 9 acoplado ponto 10, 11 ou acoplado haste de metal 12,13 ressoadores. As aplicações potenciais incluem metamateriais índice negativo, capas de invisibilidade, e lentes perfeitas. Em femtosegundo laser de escrita directa, o comprimento de onda do laser é escolhido de tal modo que não são linearmente fotões absorvidos no meio-alvo. Quando a duração do pulso de laser é comprimida para a escala de tempo de femtossegundos e a radiação é fortemente centrado no interior do alvo, a intensidade extremamente elevado induz a absorção não-linear. Fotões são absorvidos vários simultânealy para causar transições electrónicas que levam a alterações significativas na região focada. Utilizando esta abordagem, pode-se formar estruturas na massa de um material, em vez de na sua superfície. A maioria dos trabalhos sobre a escrita de metal 3D direto tem focado na criação de estruturas de auto-suporte de metal. 14-16 O método descrito aqui produz estruturas sub-micrométricas de prata que não precisam de ser auto-suportadas porque estão embutidos dentro de uma matriz. Um polímero dopado matriz é preparado utilizando uma mistura de nitrato de prata (AgNO3), polivinilpirrolidona (PVP) e de água (H2O). As amostras são então modelado por irradiação com um laser de femtosegundos 11-MHz produzir 50-fs pulsos. Durante a irradiação, fotoredução de iões de prata é induzida através da absorção não-linear, a criação de um agregado de nanopartículas de prata, na região focal. Usando essa abordagem, criar padrões de prata incorporados em um PVP dopado matriz. Adicionando tradução em 3D do samplo estende o padrão para três dimensões.

O modulador acústico-óptico e filtros de densidade neutra (Figura 1) permitem controlar a quantidade de energia depositada na amostra. Usando uma exposição de 110 impulsos por voxel e nJ 3 por impulsos, com a etapa de conversão em 100 um / segundo, as estruturas de prata resultantes são facilmente visíveis por microscopia óptica in-situ. Níveis mais baixos de laser de exposição (reduzindo a energia de pulso e / ou o número de impulsos) de chumbo para características menores prata,. Que observam...

Laser femtosegundo escrita direta é freqüentemente usado para criar tridimensionais (3D) em polímeros padrões e óculos. No entanto, os metais de padronização em 3D continua a ser um desafio. Descreve-se um método para a fabricação de nanoestruturas de prata embutido no interior de uma matriz de polímero usando um laser de femtosegundos centrado em 800 nm.

Um método para fabricar nanoestruturas de prata desconectados em 3D

O conjunto de ferramentas de nanofabricação padrão inclui técnicas destinadas principalmente à criação de padrões 2D em meios dielétricos. A criação de padrões metálicos em um...

Este protocolo descreve a fabricação de estruturas de prata no interior de uma matriz polimérica em três dimensões utilizando um laser de femtosegundo: comece misturando PVP e nitrato de prata em água para obter íons de prata; recubra uma lâmina de vidro com a solução e aqueça para criar uma camada espessa de polímero dopada com íons de prata; em seguida, irradie a camada polimérica com pulsos de laser de femtosegundo para promover o crescimento de estruturas de prata no interior do polímero. Resultados analíticos obtidos por microscopia óptica e microscopia eletrônica de varredura mostram o crescimento das estruturas de prata em volumes do amostra irradiados pelo laser. A principal vantagem desta técnica em relação a outros métodos, como a fotolitografia com luz UV, é que a escrita direta com laser de femtosegundo pode criar estruturas no interior do material em um único passo e é capaz de fazê-lo em 3D.A chave para este processo é uma combinação de reagentes químicos na amostra, pois limita o crescimento de prata ao volume determinado pelo laser. Uma aplicação deste método inclui a fabricação 3D de meta-materiais metálicos e dielétricos isotrópicos para comprimentos de onda no in

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Research

JoVE Journal

Engineering

Engenharia

Impressão de planar e tridimensional de tintas metálicas condutoras é descrito. Nossa abordagem fornece novas pistas para a fabricação de eletrônicos impressos, optoeletrônica, dispositivos biomédicos e em layouts incomuns em microescala.

Impressão de planar e tridimensional de tintas condutoras

Nós apresentamos métodos para a fabricação de microestruturas com padrões de nanotubos de carbono alinhados verticalmente (CNT), e sua utilização como moldes de mestre para a produção de microestruturas de polímero com a textura da superfície organizada em nanoescala. As florestas CNT são densificados por condensação de solvente na superfície do substrato, o que aumenta significativamente a sua densidade de embalagem e permite autodirigido formação de formas 3D.

Fabricação, Densificação e Replica Moldagem de Microestruturas de Nanotubos de Carbono 3D

A fabricação de eletricamente endereçável, high-aspect-ratio (&gt; 1000:1) nanofios metálicos separados por intervalos de nanômetros individuais, seja através de camadas de sacrifício de alumínio e prata ou monocamadas auto-organizadas como modelos é descrito. Estas estruturas nanogap são fabricados sem uma sala limpa, ou quaisquer processos de foto-litografia de feixe de electrões ou por uma forma de extremidade litografia conhecido como nanoskiving.

Confecção Nanogaps por Nanoskiving

Nós relatamos um método simples para a fabricação de uma variedade de densidade vertical encomendados nanofios orgânicos pequeno molecular ultra. Este método permite a síntese de geometrias complexas heterostructured nanofios híbridas, que podem ser cultivadas em substratos de baixo custo arbitrárias. Estas estruturas têm potenciais aplicações em eletrônica orgânica, optoeletrônica, sensores químicos, energia fotovoltaica e spintrônica.

Ultra Density Array of alinhados verticalmente Nanofios orgânicos pequeno-moleculares sobre substratos Arbitrárias

Tridimensionais (3D) vigas mistas microstructured são fabricados através da infiltração dirigida e localizada de nanocompósitos em redes porosas microfluídicos 3D. A flexibilidade deste método de fabrico permite a utilização de diferentes materiais termo-endurecíveis e nanopartículas, a fim de alcançar uma variedade de 3D funcional reforçados nanocompósito produtos macroscópicos.

Fabricação de tridimensionalmente microestruturadas nanocompósitos através Microfluidic Infiltração

Aqui, apresentamos um protocolo para fabricar livremente suspensos, fibras micron / sub-micron escala de polímeros e estruturas "web-like" gerados via procedimento automatizado escrita direta por meio de um sistema de distribuição de 3 eixos.

Prescrito 3-D Direto Escrita de Suspenso Micron / Sub-micron estruturas de fibras Escala através de um sistema distribuidor Robotic

Relatamos um protocolo para combinar a metrologia atômica do Microscópio de Tunelamento de Varredura para padronização de superfície com Deposição Atômica Seletiva de Camada e Gravação de Íons Reativos. Usando um processo robusto envolvendo inúmeras exposições atmosféricas e transporte, nanoestruturas 3D com metrologia atômica são fabricadas.

Atomicamente rastreável Fabrication Nanostructure

Um método de fabrico aditivo indirecta combinando uma impressão em 3D de polímeros com uma fundição centrífuga é delineado para o fabrico de metais treliça octeto 3D (Al e Cu ligas) com um comprimento de célula unitária de 5 mm com uma espessura de parede de 0,5 mm.

Fabrication indireta de Malha Metals com cortes finos Usando Fundição

Um método de síntese simples é usado para soldar quimicamente o filme fino de nanofios de prata para fabricar condutores de metal altamente elásticos e condutores.

Um método de fabricação para Condutores altamente extensível com prata Nanowires

Demonstramos a fabricação de matrizes de periódicos nanocup ouro usando técnicas litográficas coloidais e discutir a importância dos filmes nanoplasmonic.

Fabricação de matrizes de periódicos Nanocup ouro usando litografia coloidal

O artigo tem como objetivo apresentar um procedimento de fabricação padrão e confiável para o desenvolvimento da futura baixa nanoelectrónica dimensional.

Um método padrão e confiável para fabricar nanoelectrónica bidimensional

Aprenda a fabricar nanoestruturas de prata tridimensionais em matriz de polímero usando escrita direta a laser femtossegundo. Este método permite a criação de estruturas metálicas complexas em uma única etapa para aplicações em nanotecnologia.

Um método para fabricar nanoestruturas de prata desconectados em 3D

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