Yöntem makalesi

3D Disconnected Gümüş Nanoyapılar Fabrikasyona için Bir Yöntem

DOI:

10.3791/4399

⸱

27 Kasım 2012

 ,  , 
1School of Engineering and Applied Sciences, Harvard University , 2Department of Physics, Harvard University

Bu makalede

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Femtosecond lazer doğrudan yazma sık polimerler ve gözlük üç boyutlu (3D) desenleri oluşturmak için kullanılır. Ancak, 3D modelleme metal bir sorun olmaya devam etmektedir. Biz 800 nm'de merkezlenmiş bir femtosaniye lazer kullanılarak polimer bir matris içine gömülü gümüş nanoyapıların imalatı için bir yöntem açıklanmaktadır.

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Standart Nanofabrikasyona araç öncelikle dielektrik medya 2D desenleri yaratmayı amaçlayan teknikler içerir. Bir mikron ölçekte metal desenleri oluşturma Nanofabrikasyona araçları ve çeşitli malzeme işleme adımları bir arada gerektirir. Örneğin, ultraviyole fotolitografi ve elektron demeti litografi kullanarak düzlemsel metal yapılar örnek pozlamaya, örnek geliştirme, metal birikimi, ve metal Fırlatmaya içerebilir oluşturmak için adımlar. 3D metal yapılar oluşturmak için, sırası birden çok kez tekrarlanır. Çoklu katmanlar istifleme ve uyumlaştırma karmaşıklığı ve zorluğu standart Nanofabrikasyona araçları kullanarak 3D Metal yapılanma pratik uygulamaları sınırlar. Femtosecond lazer doğrudan yazma 3D Nanofabrikasyona için seçkin bir teknik olarak ortaya çıkmıştır. 1,2 Femtosecond lazerler sık polimerler ve gözlük 3D modelleri oluşturmak için kullanılır. 3-7 Ancak, 3D metal direk-yazma bir sorun olmaya devam etmektedir. Burada,800 nm'de merkezlenmiş bir femtosaniye lazer kullanılarak polimer bir matris içine gömülü gümüş nanoyapıları imal etmek için bir yöntem açıklanmaktadır. Yöntem böyle bir kesik gümüş voksel 3B dizileri gibi diğer teknikler kullanılarak uygulanabilir olmadığı kalıpların üretimi sağlar. 8 Ayrılmış 3D metal desenler örneğin çiftli metal nokta 10 gibi birim hücre birbirleri ile temas halinde olmayan metamalzemeler, 9 için yararlıdır 11 veya çiftli metal çubuk 12,13 rezonatörler. Potansiyel uygulamalar negatif endeks metamalzemeler, görünmezlik pelerinleri, ve mükemmel lensler vardır.

Femtosaniye lazer doğrudan yazma, lazer dalgaboyu şekilde foton lineer hedef ortamda absorbe edilmez seçilir. Lazer darbeli süre femtosaniye zaman ölçeği için sıkıştırılır ve radyasyon sıkıca hedef içinde odaklandığı zaman, son derece yüksek yoğunluklu doğrusal olmayan emme indükler. Birden fotonlar aynı anda emilirodaklanmış bölgede malzemenin modifikasyona sebep elektronik geçişler neden ly. Bu yaklaşımı kullanarak, tek bir malzeme kütlesinin yerine kendi yüzeyi üzerinde yapılar oluşturabilir.

3D doğrudan metal yazma çoğu iş kendinden destekli metal yapılar oluşturmaya odaklanmıştır. 14-16 yöntemi burada bir matris içine gömülü olduğundan kendinden destekli olması gerekmez alt-mikrometre gümüş yapılar üretir nitelendirdi. Katkılı bir polimer matris, bir gümüş nitrat karışımı (AgNO 3), polivinilpirolidon (PVP) ve su (H2O) kullanılarak hazırlanmıştır. Örnekler daha sonra 50-fs bakliyat üreten bir 11 MHz femtosecond lazer ile ışınlama ile desenli. Işınlama süresince gümüş iyonları Fotolitik fokal bölgede gümüş nanopartikülleri bir toplam oluşturma, doğrusal olmayan soğurma ile indüklenir. Bu yaklaşımı kullanarak bir katkılı PVP matriks içinde gömülü gümüş desenleri oluşturmak. S 3D çevirisi eklemeGeniş üç boyuta desenlendirme uzanır.

Protokol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Metal iyon Katkılı Polimer Film Hazırlanması

  1. Bir beher su 8 ml ölçün.
  2. Su ile PVP 206 mg ekleyin. Çözümü netleşene kadar manyetik karıştırıcı veya vorteks karıştırıcı kullanılarak karıştırılır.
  3. Çözeltisine AgNO 3 210 mg ekleyin. Çözümü netleşene kadar manyetik karıştırıcı veya vorteks karıştırıcı kullanılarak karıştırılır.
  4. Damla döküm yoluyla çözümü ile kaplayın cam slayt.
  5. 100 ° C bir fırın grubu içinde yer cam slayt 30 dakika için örnek pişirilir.
  6. Fırından örnek çıkarın ve 30 dakika soğumaya bırakın.

2. Disconnected Gümüş Yapıların İmalatı

  1. Titreşim izolatörleri ile optik tablo Şekil 1'de gösterildiği kurulum hizalayın.
  2. Mikroskop objektif sonrası 50-FSEC bakliyat elde kompresör ayarlayın.
  3. Nesnel sonra 3-nJ bakliyat elde nötral yoğunluk filtreleri ayarlayın.
  4. Lazer spot büyüklüğü olun mikroskop objektif arka diyafram daha büyüktür.
  5. Örnek aydınlatılır sırasında 10 μsec pozlama pencereleri üretmek için acousto-optik modülatör ayarlayın.
  6. Bu 3 eksenli çeviri sahneye mikroskop ve yeri örnek ulaşır Blok lazer ışını önce. Femtosaniye lazer atımlarının ışın yolu görüntüleme amacı ile mikroskop ve numune içine geçmesi gerekir.
  7. CCD kamera kullanarak in-situ örneği gözlemlemek için mikroskop ışık kaynağı açın.
  8. Cam yüzey ve polimer film arasında arayüz bulmak için sahne z ekseni Çevir. Daha sonra, modelleme en alttaki katman için polimer içinde istenilen derinliğe kadar mikroskop yönlendirmesi. Modelleme sırasında Z-çeviri fabrikasyon yapılar ile saçılma olmaması için cam polimer arayüzü yönünde olmalıdır.
  9. 100 mikron / sn hız ile yol tarifi -, - y - ve z lazer ışını ve set hareket denetleyicisi yazılımı x örnek çevirmek engellemesini kaldırın. 10 μsec bir için tek vokseller ışınnet in-situ görüntüleme için en az birkaç mikrometre ile nd ayrı komşu vokseller. 25 Hz acousto-optik modülatör tekrarlama hızının ayarlanması 4-mikron aralığı üretecek. Lazer maruz kalan bölgelerde gümüş yapıları içerecektir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Acousto-optik modülatör ve nötral yoğunluk filtreleri (Şekil 1) bir örnek yatırılır enerji miktarını kontrol etmenizi sağlar. Aşamasında 100 mikron / sn çeviri ile, voksel ve puls başına 3 nJ başına 110 bakliyat bir pozlama kullanarak, çıkan gümüş yapıların yerinde optik mikroskop ile kolayca görülebilir. Alt lazer maruziyet düzeyleri (darbe enerjisi ve / veya nabız sayısını azaltarak) küçük gümüş özelliklerine kurşun;. Biz 300 nm gibi küçük özellikler gözlemledim 8 Öyle az birinden ...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Işlemin anahtarı yüksek çözünürlüklü üretim sağlayan katkılı dielektrik matris elde edilir, ancak hazırlandıktan sonra en kısa aşağılamak değildir. PVP, AgNO 3 ve H 2 O basit bir karışımı bir destek matriks içine gömülü yüksek çözünürlüklü gümüş nanoyapıların oluşturulmasını sağlar. AgNO 3 oranı PVP değişen üretim için gerekli lazer enerjisi değiştirebilir ve bu özelliği çözünürlük gibi potansiyel olarak diğer özellikleri olacaktır. Düşük oran dielektrik matrisin hızlı bozulmaya yol açar...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Çıkar çatışması ilan etti.

Teşekkürler

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Biz Amira ile optik veri 3D render için Paul JL Webster kabul ediyorsunuz. Phil Muñoz ve Benjamin Franta geliştirilmesi sürecinde yazması hakkında geri bildirim sağladı. Bu yazıda anlatılan araştırma hibeleri FA9550-09-1-0546 ve FA9550-10-1-0402 kapsamında Bilimsel Araştırma Hava Kuvvetleri Ofisi tarafından desteklenmiştir.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Kaynaklar

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

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Femtosaniye Lazerle Do rudan YazmaG m Nanoyap retimi3B Metal DesenlemePolimer Matris G mmeG m yonu Fotored ksiyonuOptik Mikroskopi AnaliziTaramal Elektron MikroskobuEksenli teleme tablasTitanyum Safir LazerN tr Yo unluk Filtreleri

İlgili makaleler