Метод для изготовления наноструктур Disconnected серебро в 3D

В данном протоколе подробно описан процесс создания трехмерных серебряных структур внутри полимерной матрицы с помощью фемтосекундного лазера. Начните со смешивания PVP и нитрата серебра в воде для получения ионов серебра внутри полимерной матрицы; нанесите раствор на предметное стекло и подвергните термической обработке для создания толстого полимерного слоя, легированного ионами серебра. Затем облучите полимерный слой импульсами фемтосекундного лазера для выращивания серебряных структур внутри полимера. Результаты анализа, полученные с помощью оптической и сканирующей электронной микроскопии, демонстрируют рост серебряных структур в облученных лазером объемах образца. Основным преимуществом данного метода перед другими способами, такими как УФ-фотолитография, является то, что прямая запись фемтосекундным лазером позволяет создавать внутренние структуры за один этап, причем делать это в 3D.

Ключом к этому процессу является комбинация химических реагентов в образце, поскольку она ограничивает рост серебра объемом, определяемым лазером. Применение данного метода включает 3D-изготовление изотропных металлических и диэлектрических метаматериалов для инфракрасного и оптического диапазонов длин волн. Отмерьте восемь миллилитров воды в стакане.

Добавьте 206 milligrams поливинилпирролидона и перемешайте до получения прозрачного раствора. Затем добавьте 210 milligrams нитрата серебра и растворите путем перемешивания. Нанесите раствор серебра на предметное стекло методом капельного нанесения (drop casting), после чего высушите предметные стекла в печи при температуре 100 °C в течение 30 минут.

Извлеките обработанные стекла и охлаждайте их в течение 30 минут. Оптическая установка включает титан-сапфировый лазер, изолятор Фарадея, компрессор импульсов, оптический модулятор Kuo, интерференционный фильтр, микроскоп собственной сборки с ПЗС-камерой и трехкоординатный переводчик. Юстируйте лазерный луч по всему пути прохождения через микроскоп.

Объектив направлен к креплению образца. Вся установка должна находиться на оптическом столе с виброизоляторами. Настройте компрессор так, чтобы после объектива микроскопа получались импульсы длительностью 50 фемтосекунд.

Также отрегулируйте нейтральные светофильтры, чтобы получить три наносекундных двойных импульса. После объектива убедитесь, что размер лазерного пятна превышает размер задней апертуры объектива микроскопа. Затем настройте акустооптический модулятор так, чтобы окна экспозиции, в течение которых облучается образец, составляли 10 микросекунд.

Установите частоту повторения импульсов на 25 hertz. Перекройте лазерный луч до того, как он достигнет микроскопа. Поместите образец на трехкоординатный translational stage.

Путь луча фемтосекундных лазерных импульсов должен проходить через объектив имидж-микроскопа и фокусироваться в образце. Переключите источник освещения микроскопа, чтобы наблюдать образец в C two. Используя CCD-камеру, переместите столик по оси Z, чтобы найти границу раздела между стеклянной подложкой и полимерной пленкой.

Затем заново сфокусируйте микроскоп на нужной глубине внутри полимера. Для создания рисунка на самом нижнем слое откройте лазерный луч. В программном обеспечении контроллера перемещений установите перемещение образца в направлениях x, Y и Z со скоростью 100 microns per second.

Перемещение по оси Z во время формирования рисунка должно осуществляться в направлении от границы раздела стекло-полимер, чтобы избежать повреждения созданных структур. В затемненных лазером экспонированных отверстиях содержится серебро. Энергия импульса и время экспозиции.

Определите размер серебряных точек, частоту кастомного оптического модулятора и скорость перемещения образца. Определите расстояние между точками. Текущие настройки позволяют получать крупные точки с периодом 4 мкм для четкого изображения.

При C-двухфотонной визуализации акустооптический (АО) модулятор и нейтральные светофильтры позволяют точно контролировать количество энергии, передаваемой в образец. Например, серебряные структуры легко визуализируются с помощью NC-двухфотонного оптического микроскопа при экспозиции в 110 импульсов на воксель и энергии 3 нДж на импульс при перемещении столика со скоростью 100 мкм/с. На данном 3D-рендеринге изображений оптической микроскопии изготовленный образец представляет собой массив серебряных точек, расположенных поверх другого массива серебряных точек.

Они удерживаются полимерным матриксом. Данные также могут быть визуализированы в виде последовательных изображений, полученных с помощью оптической микроскопии, которые анимируются по мере перемещения образцов от объектива микроскопа, в результате чего различные элементы последовательно входят в зону четкого фокуса и выходят из нее. В данном видео показан ранее созданный 3D-рендер образца.

В данном видео показаны два паттерна из точек, закручивающихся в направлении оси Z. Изображения изготовленных серебряных структур с высоким разрешением также могут быть получены с помощью сканирующего электронного микроскопа. Данный образец представляет собой двумерный массив точек, изготовленных непосредственно на стеклянной подложке.

Обратите внимание, что серебряные элементы имеют субмикронный размер. После просмотра этого видео вы должны получить четкое представление о том, как создавать трехмерные серебряные структуры в полимерной матрице с помощью фемтосекундного лазера. Не забывайте, что работа с лазерами и химикатами может быть крайне опасной, поэтому при выполнении данной процедуры необходимо всегда использовать соответствующие средства индивидуальной защиты.

Данный метод позволяет исследовать новые конструкции и метаматериалы, а также изготавливать устройства, создание которых невозможно с помощью других методов.