Femtosecond-laser direkte skriving er ofte brukt til å lage tredimensjonale (3D) mønstre i polymerer og briller. Men fortsatt mønster metaller i 3D en utfordring. Vi beskriver en fremgangsmåte for fremstilling av sølv nanostrukturer innebygd i en polymermatriks med en femtosecond laser sentrert ved 800 nm.
Standarden nanofabrication verktøykasse inneholder teknikker primært rettet mot å skape 2D mønstre i dielektriske medier. Opprette metall mønstre på en submicron skala krever en kombinasjon av nanofabrication verktøy og flere materiale behandlingen trinn. For eksempel fremgangsmåten for å lage planar metallkonstruksjoner med ultrafiolett fotolitografi og elektron-litografi kan inkludere prøve eksponering, sample utvikling, metall deponering, og metall oppskytning. Å lage 3D metallkonstruksjoner blir sekvensen gjentas flere ganger. Kompleksiteten og vanskeligheter med å stable og samkjøre flere lag begrenser praktiske implementasjoner av 3D metall strukturering ved hjelp av standard nanofabrication verktøy. Femtosecond-laser direkte skriving har dukket opp som en fremragende teknikk for 3D nanofabrication. 1,2 femtosecond lasere er ofte brukt til å lage 3D-mønstre i polymerer og briller. 3-7 Men 3D metall direkte skrive er fortsatt en utfordring. Her har vibeskrive en metode for å fremstille sølv nanostrukturer innebygd i en polymermatriks med en femtosecond laser sentrert ved 800 nm. Metoden muliggjør fabrikasjon av mønstrene ikke mulig ved hjelp av andre teknikker, for eksempel 3D-matriser av løsrevne sølv voksler. 8 frakoblet 3D metall mønstre er nyttige for metamaterials der enhetsceller ikke er i kontakt med hverandre, 9 eksempel kombinert metall dot 10, 11 eller kombinert metallstang 12,13 resonatorer. Potensielle bruksområder er negative indeks metamaterials, usynlighet kapper og perfekte linser.
I femtosecond-laser direkte skriving, laser bølgelengde velges slik at fotoner ikke lineært absorberes i målmedium. Når laseren pulsvarigheten komprimeres til femtosecond tidsskalaen og stråling er tett fokusert inne målet, induserer den ekstremt høye intensitet lineær absorpsjon. Flere fotoner er absorbert samtidigly å forårsake elektroniske overganger som fører til materielle endringer i fokus regionen. Ved hjelp av denne tilnærmingen, kan man danne strukturer i hoveddelen av et materiale i stedet for på dens overflate.
Mest arbeid på 3D direkte metall skriftlig har fokusert på å skape selvbærende metallkonstruksjoner. 14-16 Metoden er beskrevet her gir sub-mikrometer sølv strukturer som ikke trenger å være selv-støttet fordi de er innebygd i en matrise. Et dopet polymermatriksen er fremstilt ved hjelp av en blanding av sølvnitrat (Agno 3), polyvinylpyrrolidon (PVP) og vann (H2O). Prøvene er så mønstret ved bestråling med en 11-MHz femtosecond laser produserer 50-fs pulser. Under bestråling, er photoreduction av sølvioner indusert gjennom lineære absorpsjon, noe som skaper et aggregat av sølv nanopartikler i det sentrale området. Ved hjelp av denne tilnærmingen skaper vi sølv mønstre innebygd i en dopet PVP matrise. Legge 3D oversettelse av srikelig utvider mønstre til tre dimensjoner.
Nøkkelen til prosessen er å skaffe et dopet dielektrisk matrise som gir høy oppløsning fabrikasjon, men ikke nedbryter snart etter tilberedning. En enkel blanding av PVP, 3 Agno og H 2 O tillater etablering av høyoppløselige sølv nanostrukturer som er innebygd i en bærermasse. Varierende PVP til Agno 3 forholdet vil endre laser energien som trengs for fabrikasjon, og potensielt andre egenskaper som funksjon oppløsning. Et lavt forholdstall fører til raskere nedbrytning av den d…
The authors have nothing to disclose.
Vi erkjenner Paul JL Webster for 3D-gjengivelse av optiske data med Amira. Phil Muñoz og Benjamin Franta gitt tilbakemelding på manuskriptet hele sin utvikling. Forskningen er beskrevet i denne artikkelen ble støttet av Air Force Office of Scientific Research under tilskudd FA9550-09-1-0546 og FA9550-10-1-0402.