Une méthode pour fabriquer des nanostructures d'argent déconnectés en 3D
Summary
Femtoseconde laser écriture directe est souvent utilisé pour créer en trois dimensions (3D) des modèles dans des polymères et des verres. Cependant, les métaux modelage en 3D reste un défi. Nous décrivons une méthode pour fabriquer des nanostructures d'argent intégrés dans une matrice polymère à l'aide d'un laser femtoseconde centré à 800 nm.
Abstract
La boîte à outils comprend des techniques de nanofabrication norme visant principalement à créer des patrons 2D dans les milieux diélectriques. Création de motifs métalliques sur une échelle submicronique nécessite une combinaison d'outils de nanofabrication et plusieurs étapes de traitement des matériaux. Par exemple, des mesures pour créer des structures métalliques planes en utilisant la photolithographie UV et lithographie électronique peut inclure l'exposition de l'échantillon, le développement de l'échantillon, dépôt de métal, et le décollage de métal. De créer des structures métalliques 3D, la séquence est répétée plusieurs fois. La complexité et la difficulté de l'empilage et l'alignement des calques multiples limite les applications pratiques de structuration métal 3D à l'aide des outils de nanofabrication standard. Femtoseconde laser écriture directe est apparue comme une technique de pré-éminente pour la nanofabrication 3D. 1,2 lasers femtoseconde sont souvent utilisés pour créer des modèles 3D dans des polymères et des verres 3-7. Cependant, métal 3D directe d'écriture reste un défi. Ici, nousdécrivent un procédé pour fabriquer des nanostructures d'argent incorporés dans une matrice polymère en utilisant un laser femtoseconde centré à 800 nm. Le procédé permet la fabrication de modèles non réalisables à l'aide d'autres techniques, telles que des tableaux de voxels 3D en argent déconnectés. 8 modèles 3D déconnectée métalliques sont utiles pour métamatériaux où des cellules unitaires ne sont pas en contact les uns avec les autres, tels que le métal 9 à couplage point 10, 11 ou tige métallique couplé 12,13 résonateurs. Les applications potentielles incluent métamatériaux indice négatif, capes d'invisibilité, et des lentilles parfaites.
Dans femtoseconde-laser d'écriture directe, la longueur d'onde laser est choisie de telle sorte que les photons sont pas linéairement absorbé dans le milieu cible. Lorsque la durée d'impulsion laser est comprimé à l'échelle de la femtoseconde et la radiation est très focalisé dans la cible, l'intensité très élevée induit une absorption non linéaire. Photons sont absorbés simultanément plusieursment de provoquer des transitions électroniques qui conduisent à une modification matérielle dans la région ciblée. En utilisant cette approche, on peut former des structures dans la masse d'un matériau plutôt que sur sa surface.
La plupart des travaux sur l'écriture de métal 3D directe a mis l'accent sur la création de structures métalliques autoporteurs. 14-16 La méthode décrite ici donne les structures d'argent sous-micrométriques qui n'ont pas besoin d'être auto-prise en charge car elles sont noyées dans une matrice. Une matrice de polymère dopé est préparé en utilisant un mélange de nitrate d'argent (AgNO 3), la polyvinylpyrrolidone (PVP) et de l'eau (H 2 O). Les échantillons sont ensuite structurée par irradiation avec un laser femtoseconde 11-50-MHz produire des impulsions fs. Au cours de l'irradiation, photoréduction des ions argent est induite par l'absorption non linéaire, la création d'un agrégat de nanoparticules d'argent dans la région focale. En utilisant cette approche, nous créer des motifs d'argent intégrés dans une matrice dopée PVP. Ajout de la traduction en 3D de la sample s'étend le motif à trois dimensions.
Protocol
Representative Results
Discussion
La clé du processus est l'obtention d'une matrice diélectrique dopée qui permet la fabrication de haute résolution, mais ne se dégrade pas rapidement après la préparation. Un simple mélange de PVP, AgNO 3 et H 2 O permet la création de nanostructures d'argent à haute résolution qui sont incorporés dans une matrice de support. La variation de la PVP à AgNO 3 taux changera l'énergie laser requise pour la fabrication et les propriétés potentiellement d'au…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous reconnaissons Paul JL Webster pour le rendu 3D des données optiques avec Amira. Phil Muñoz et Benjamin Franta fourni des commentaires sur le manuscrit tout au long de son développement. La recherche décrite dans cet article a été soutenu par le Bureau de la Force aérienne de la recherche scientifique au titre de subventions FA9550-09-1-0546 et FA9550-10-1-0402.
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