Un metodo per fabbricare nanostrutture d'argento disconnesse in 3D

Summary

-Laser a femtosecondi diretta scrittura viene spesso utilizzato per creare tridimensionali (3D) in modelli di polimeri e bicchieri. Tuttavia, i metalli di patterning in 3D rimane una sfida. Si descrive un metodo per fabbricare nanostrutture argento incorporati all'interno di una matrice polimerica utilizzando un laser a femtosecondi centrato a 800 nm.

Abstract

Il toolkit nanofabbricazione standard include tecniche volte principalmente a creare modelli 2D in mezzi dielettrici. Creazione di modelli di metallo su una scala inferiore al micron richiede una combinazione di strumenti di nanofabbricazione e diverse fasi di lavorazione dei materiali. Ad esempio, i passaggi per creare strutture metalliche planari usando fotolitografia ultravioletta e litografia a fascio elettronico può includere l'esposizione del campione, lo sviluppo del campione, deposizione del metallo, e decollo metallo. Per creare strutture metalliche 3D, la sequenza viene ripetuta più volte. La complessità e la difficoltà di stoccaggio e allineare più livelli limita implementazioni pratiche di strutturazione metallo 3D utilizzando gli strumenti standard di nanofabbricazione. -Laser a femtosecondi diretta scrittura è emersa come una preminente tecnica di nanofabbricazione 3D. ^1,2 laser a femtosecondi sono spesso utilizzati per creare modelli 3D in polimeri e occhiali. ^3-7 Tuttavia, metallo 3D diretto scrivendo rimane una sfida. Qui,descrivono un metodo per fabbricare nanostrutture argento incorporati all'interno di una matrice polimerica utilizzando un laser a femtosecondi centrato a 800 nm. Il metodo consente la realizzazione di modelli non realizzabili con altre tecniche, come array 3D di voxel argento sconnessi. ⁸ pattern metallici disconnesse 3D sono utili per metamateriali pile unitarie quando non sono in contatto tra loro, ⁹ come metallo dot accoppiata ^{10, 11} o accoppiato tondino metallico ^12,13 risonatori. Le possibili applicazioni includono metamateriali indice negativo, mantelli dell'invisibilità, e lenti perfette.

In femtosecondi-laser direct-scrittura, la lunghezza d'onda del laser viene scelto in modo che non siano linearmente fotoni assorbiti nel supporto di destinazione. Quando la durata dell'impulso laser è compresso alla scala dei tempi femtosecondi e la radiazione è ben focalizzato all'interno del bersaglio, l'intensità estremamente alta induce assorbimento non lineare. Più fotoni vengono assorbiti simultanealy causare transizioni elettroniche che portano alla modificazione materiale all'interno della regione concentrato. Usando questo approccio, si può formare strutture nella massa di un materiale piuttosto che sulla sua superficie.

La maggior parte dei lavori di scrittura in metallo 3D diretto è concentrata sulla creazione di auto-supportati strutture metalliche. ^14-16 Il metodo qui descritto produce sub-micrometriche strutture d'argento che non hanno bisogno di essere auto-sostenuta, perché sono inseriti all'interno di una matrice. Un drogato matrice polimerica è preparata usando una miscela di nitrato d'argento _(AgNO3), polivinilpirrolidone (PVP) e acqua (H ₂ O). I campioni vengono poi modellati per irraggiamento con un 11-MHz laser a femtosecondi produzione di 50-fs impulsi. Durante l'irradiazione, fotoriduzione di ioni argento è indotta tramite assorbimento non lineare, creando un aggregato di nanoparticelle di argento nella regione focale. Con questo approccio si creano modelli d'argento incorporati in una matrice PVP drogato. Aggiunta traduzione in 3D della sampio si estende il patterning a tre dimensioni.

Protocol

1. Preparazione metallo-ioni Doped film polimerico Misurare 8 ml di acqua in un becher. Aggiungere 206 mg di PVP all'acqua. Miscelare con agitatore magnetico o vortex finché la soluzione è limpida. Aggiungere 210 mg di soluzione di AgNO 3. Miscelare con agitatore magnetico o vortex fino a soluzione è chiara. Cappotto vetrino con la soluzione attraverso la fusione goccia. Posto vetrino in una serie forno a 100 ° C. Cuocere campione per 30 min. <li…

Representative Results

Acustoottico modulatore e filtri a densità neutra (Figura 1) permettono di controllare la quantità di energia depositata nel campione. Utilizzando una esposizione di 110 impulsi per voxel e 3 nJ per impulso, con la fase traducendo a 100 micron / sec, le strutture argento risultanti sono facilmente visibili attraverso l'in-situ microscopio ottico. Bassi livelli di esposizione laser (riducendo l'energia di impulso e / o il numero di impulsi) portano alle caratteristiche d'argento pi…

Discussion

La chiave per il processo è ottenere una matrice dielettrico drogato che consente fabbricazione ad alta risoluzione, ma non degrada subito dopo la preparazione. Una semplice miscela di PVP, AgNO ₃ e H ₂ O permette la creazione di alta risoluzione nanostrutture argento che sono incorporati all'interno di una matrice di supporto. Variando il PVP di _AgNO3 rapporto cambierà l'energia del laser necessaria per la fabbricazione, e le proprietà potenzialmente altre funzionalità come …