تصنيع صفائف الدوري نانوكوب الذهب باستخدام الطباعة الحجرية غرواني
Summary
ونحن تثبت تلفيق صفائف الدوري نانوكوب الذهب باستخدام تقنيات معدني الغروية ومناقشة أهمية الأفلام نانوبلاسمونيك.
Abstract
في السنوات الأخيرة، وقد انفجرت ميدان plasmonics كما أثبتت الباحثون مثيرة التطبيقات المتصلة بالاستشعار الكيميائية والضوئية في تركيبة مع تقنيات النانومترى جديدة. مأكل مثل الطحين هو كم الكثافة تهمة التذبذب الذي يقرض النانوي المعادن مثل الذهب والفضة خصائص بصرية فريدة من نوعها. على وجه الخصوص، يحمل جسيمات نانوية الذهب والفضة ذبذبات كثافة التهمة الجماعية الأصداء المترجمة السطحية مأكل مثل الطحين على السطح من نانوحبيبات في الطيف المرئي. هنا، نحن نركز على تلفيق صفائف الدوري للنانو plasmonic متباين. هذه الهياكل نصف الصدفة (أو نانوكوب) يمكن أن يحمل الضوء الفريد إضافية-الانحناء والاستقطاب-تعتمد على الخصائص البصرية لا يمكن أن النانو الخواص البسيطة. باحثون مهتمون بتلفيق صفائف الدوري من نانوكوبس لمجموعة متنوعة من التطبيقات مثل الأجهزة البصرية المنخفضة التكلفة، رامان المزودة بسطح التشتت، والعبث إشارة. نقدم تقنية قابلة للتطوير استناداً إلى الغروية الطباعة الحجرية التي من الممكن بسهولة اختﻻق صفائف الدوري كبيرة من نانوكوبس استخدام طلاء تدور وتجميعها ذاتيا nanospheres البوليمر المتاحة تجارياً. وأجرى الميكروسكوب الإلكتروني والتحليل الطيفي الضوئي من المرئي بالقرب من الأشعة تحت الحمراء (قرب الأشعة تحت الحمراء) لتأكيد تلفيق نانوكوب ناجحة. نختتم بمظاهرة لنقل نانوكوبس إلى فيلم لاصقة مرنة، وامتثالي.
Introduction
ظهور plasmonics بالتزامن مع تحسين النانومترى وتقنيات التوليف أسفرت عن مجموعة متنوعة من تكنولوجيات مثيرة مثل الحيود الفرعية محدودة الدوائر وتعزيز الكشف عن المواد الكيميائية، والاستشعار البصري 1 ،،من23. في هذا البروتوكول، ونظهر تقنية قابلة للتحجيم ومنخفض التكلفة نسبيا قادرة على اختﻻق ركائز plasmonic نانوباتيرنيد باستخدام نانوسفيريس البوليمر المتاحة تجارياً وخطوة النقش يتبعه ترسب المعادن. خلافا لتقنيات أخرى لاختلاق ركائز نانوباتيرنيد، مثل الطباعة الحجرية شعاع الإلكترون4، هذا الأسلوب يمكن بسرعة وكفاءة إلى تغيير رقائق 300 ملم وخارجه مع الحد الأدنى من الجهد واستخدامات نقل خطوة لإنتاج مرنة و أفلام الامتثالي5.
منذ العصر الروماني، لقد عرفنا أن بعض المعادن مثل الذهب والفضة يمكن أن يكون الخصائص البصرية الرائعة عند وهي تنقسم ناعما. اليوم، ونحن نفهم أن هذه الجسيمات المعدنية يحمل تأثير تسمى “الرنين السطحية مأكل مثل الطحين المترجمة” () عند تناول أبعادها النانو. لسبر يماثل موجه دائمة فيها ضعيف منضم الإلكترونات الموجودة في المعدن يتذبذب متماسك عندما يضيء الضوء من بعض الترددات الجسيمات المعدنية. النانو متباين تتسم بأهمية خاصة نظراً للأصداء البصرية الفريدة التي يمكن أن تظهر نتيجة التماثل كسر6،،من78.
يمكن أن تثير الإضاءة هياكل نصف الصدفة (نانوكوب) مع الضوء ثنائي قطب كهربائي أو وسائط مأكل مثل الطحين ثنائي قطب مغناطيسي، اعتماداً على عوامل مثل زاوية ترسب المعادن، التوجه للركيزة فيما يتعلق بضوء الحادث، الاستقطاب في ضوء حادث9. غالباً ما اعتبرت نانوكوبس مماثلة لثلاثي الأبعاد سبليت-خاتم مرنانات، التي تردد صدى يمكن تقريبها10،LC-مذبذب11. تردد صدى لحجم نانوسفيريس البوليمرية المستخدمة هنا (170 شمال البحر الأبيض المتوسط)، الكمية من الذهب المودع (20 نانومتر)، ومعدلات أحفر تسفر عن ترددات الرنين التي تغطي المرئي والقرب من الأشعة تحت الحمراء.
يمكن قياس الخصائص البصرية نانوكوبس الذهب سواء في الإرسال أو الانعكاس، اعتماداً على الركازة المستخدمة لطلاء تدور. في البروتوكول المقدم، واخترنا استخدام رقائق السليكون تلبيتها، 2 كالركيزة وإجراء القياسات الانعكاس بعد ترسب المعادن. أجريت القياسات باستخدام مجهر بالإضافة إلى مطياف التشتت مع مصدر ضوء هالوجين. ونحن أيضا كان النجاح مع استخدام ركائز الزجاج، السماح لقياسات انتقال وانعكاس فور ترسب المعادن. وعلاوة على ذلك، يمكن بسهولة تغيير هذا الأسلوب ولا يقتصر على رقائق تلبيتها، 2. نظراً لتوافر عالية الجودة مونوديسبيرسي البوليمرية nanospheres التجاري على نطاق واسع، أنها واضحة لضبط الخصائص البصرية لهذه الهياكل بالبدء ببساطة مع نانوسفيريس الحجم بشكل مختلف.
في هذا البروتوكول، تقنية لاختلاق متباين من الذهب نصف الصدفة (أو نانوكوب) يتجلى النانو باستخدام أسلوب يسمى الطباعة الحجرية الغروية. الطباعة الحجرية الغروية يستخدم التجميع الذاتي للغاية مونوديسبيرسي نانوسفيري البوليمرية لنمط ركيزة التي يمكن معالجتها بزيادة في الركازة plasmonic بعد الرش طلاء طبقة رقيقة من الذهب بسرعة. وبالمثل، فمن الممكن لضبط تباين الركازة عن إمالة الركيزة عينة خلال ترسب المعادن. بنيات الناتجة حساسة للاستقطاب بسبب تباين نانوستروكتوري المشكلة. هنا، علينا أن نبدي واحد بعينه الحالة وإجراء توصيف الضوئية وانطلاقة لنقل الهياكل لفيلم شفافة ومرنة.
Protocol
Representative Results
Discussion
هذا البروتوكول يوضح تقنية منخفضة التكلفة وفعالة لاختلاق الدوري صفائف plasmonic نانوكوبس الذهب. هذا الأسلوب مفيد خاصة لأنها تتجنب مسلسل العمليات من أعلى إلى أسفل مثل الطباعة الحجرية شعاع الإلكترون أو الشعاع أيون مركزة الطحن. أسلوب عرض يظهر أن نانوسفيريس البوليمر المتاحة تجارياً يمكن تجميعها …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
تم إجراء هذا البحث في شمال غرب المحيط الهادئ الوطنية المختبر (بننل)، الذي تديره معهد ميموريال Battelle للطاقة (وزارة) تحت “رقم العقد” دي-AC05-76RL01830. الكتاب الاعتراف بامتنان الدعم من “وزارة الخارجية الأميركية” من خلال “مفتاح التحقق أصول الصندوق” (الصندوق الخامس) تحت SIAA15AVCVPO10 الاتفاق المشترك بين الوكالات.
Materials
| Polystyrene microspheres | Bangs Laboratories, Inc. | PS02N | 170 nm – 580 nm diameter |
| Silicon wafers | El-CAT, Inc. | 3489 | 300 mm thick, one side polished [100] |
| Adhesive tape | 3M | Scotch 600 | |
| Spin coater | Laurell | WS-650-23B | |
| Plasma etcher | Nordson March | AP-600 | |
| Microspectrophotometer | CRAIC | 380-PV | |
| Sonicator | VWR | 97043-932 | |
| Scintillation vials | Wheaton | 986734 | |
| 5 um syringe filter | Millex | SLSV025LS | |
| Oxygen gas | Oxarc | PO249 | Industrial Grade 99.5% purity |
| Vaccum pump | Kurt J. Lesker | Edwards 28 | |
| Disposable syringes | Air Tite Products Co. | 14-817-25 | 1 mL capacity |
| Water | Sigma-Aldrich | W4502 |
References
- Fang, Y., Sun, M. Nanoplasmonic waveguides: towards applications in integrated nanophotonic circuits. Light Sci Appl. 4, e294 (2015).
- Li, J. F., Anema, J. R., Wandlowski, T., Tian, Z. Q. Dielectric shell isolated and graphene shell isolated nanoparticle enhanced Raman spectroscopies and their applications. Chemical Society Reviews. 44 (23), 8399-8409 (2015).
- Wang, L., et al. Large Area Plasmonic Color Palettes with Expanded Gamut Using Colloidal Self-Assembly. ACS Photonics. , (2016).
- Taylor, A. B., Michaux, P., Mohsin, A. S. M., Chon, J. W. M. Electron-beam lithography of plasmonic nanorod arrays for multilayered optical storage. Optics Express. 22 (11), 13234-13243 (2014).
- Endo, H., Mochizuki, Y., Tamura, M., Kawai, T. Fabrication and Functionalization of Periodically Aligned Metallic Nanocup Arrays Using Colloidal Lithography with a Sinusoidally Wrinkled Substrate. Langmuir. 29 (48), 15058-15064 (2013).
- Wang, H., et al. Symmetry breaking in individual plasmonic nanoparticles. Proceedings of the National Academy of Sciences. 103 (29), 10856-10860 (2006).
- Wollet, L., et al. Plasmon hybridization in stacked metallic nanocups. Optical Materials Express. 2 (10), 1384-1390 (2012).
- Duempelmann, L., Casari, D., Luu-Dinh, A., Gallinet, B., Novotny, L. Color Rendering Plasmonic Aluminum Substrates with Angular Symmetry Breaking. ACS Nano. 9 (12), 12383-12391 (2015).
- King, N. S., et al. Angle- and Spectral-Dependent Light Scattering from Plasmonic Nanocups. ACS Nano. 5 (9), 7254-7262 (2011).
- Mirin, N. A., Halas, N. J. Light-Bending Nanoparticles. Nano Letters. 9 (3), 1255-1259 (2009).
- Eggleston, M. S., Messer, K., Zhang, L., Yablonovitch, E., Wu, M. C. Optical antenna enhanced spontaneous emission. Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (6), 1704-1709 (2015).
- Bora, M., et al. Plasmonic black metals in resonant nanocavities. Applied Physics Letters. 102 (25), 251105 (2013).
- Akselrod, G. M., et al. Efficient Nanosecond Photoluminescence from Infrared PbS Quantum Dots Coupled to Plasmonic Nanoantennas. ACS Photonics. , (2016).
