En metode til at fabrikere Afbrudt Sølv Nanostrukturer i 3D

Summary

Femtosekund-laser direkte skrivning bruges ofte til at oprette tre-dimensionelle (3D) mønstre i polymerer og briller. Men mønster metaller i 3D er fortsat en udfordring. Vi beskriver en fremgangsmåde til fremstilling af sølv nanostrukturer indlejret i en polymermatrix med et femtosekund laser centreret ved 800 nm.

Abstract

Den standard nanofabrikation toolkit omfatter teknikker primært sigter mod at skabe 2D mønstre i dielektriske medier. Oprettelse af metal mønstre på en submikron skala kræver en kombination af nanofabrikation værktøjer og flere væsentlige behandlingstrin. For eksempel skridt til at skabe plane metalkonstruktioner hjælp ultraviolet fotolitografi og elektron-stråle litografi kan omfatte prøve eksponering, prøve udvikling, metalafsætning og metal liftoff. At skabe 3D metalkonstruktioner, sekvensen gentages flere gange. Kompleksiteten og vanskeligheden ved stabling og tilpasse flere lag begrænser praktiske implementeringer af 3D metal strukturering ved hjælp af standard nanofabrikation værktøjer. Femtosekund-laser direkte skrivning har vist sig som en fremtrædende teknik til 3D nanofabrikation. ^1,2 Femtosekund lasere bruges ofte til at skabe 3D-mønstre i polymerer og briller. ^3-7 imidlertid 3D metal direkte skrivning fortsat en udfordring. Her har vibeskriver en fremgangsmåde til fremstilling af sølv nanostrukturer indlejret i en polymermatrix med et femtosekund laser centreret ved 800 nm. Fremgangsmåden muliggør fremstilling af mønstre ikke er muligt ved anvendelse af andre teknikker, såsom 3D arrays af adskilte sølv voxels. ⁸ afbrudt 3D metal mønstre er anvendelige til metamaterialer hvor enhedsceller ikke er i kontakt med hinanden, ⁹ såsom koblet metal dot ^{10, 11} eller koblede metalstang ^12,13 resonatorer. Potentielle applikationer omfatter negative indeks metamaterialer, usynlighed kapper, og perfekte linser.

I femtosekund-laser direkte-skrivning er laseren bølgelængde vælges således, at fotoner ikke lineært absorberes i målet medium. Når laseren impulsvarighed komprimeres til femtosekund tidsskala og strålingen er tæt fokuseret inde i målet, den ekstremt høje intensitet inducerer ulineær absorption. Flere fotoner absorberes samtidigtly til at forårsage elektroniske overgange, som medfører væsentlige ændringer som fokuserede region. Med denne fremgangsmåde kan man danne strukturer i massen af ​​et materiale, snarere end på overfladen.

De fleste arbejder på 3D direkte metal skriftligt har fokuseret på at skabe selvbærende metalkonstruktioner. ^14-16 Den her beskrevne metode giver sub-mikrometer sølv strukturer, der ikke behøver at være selvstændig støttes, fordi de er indlejret i en matrix. En doteret polymermatrix fremstilles under anvendelse af en blanding af sølvnitrat (AgNO _3), polyvinylpyrrolidon (PVP) og vand _(H2O). Prøver bliver derefter mønstret ved bestråling med en 11-MHz femtosekund laser frembringer 50-fs pulser. Under bestråling, Fotoreduktion af sølvioner induceret gennem lineær absorption, hvilket skaber et aggregat af sølvnanopartikler i fokusregionen. Brug denne fremgangsmåde skaber vi sølv mønstre indlejret i en dopet PVP matrix. Tilføjelse 3D oversættelse af srigelig udvider mønsterdannelse til tre dimensioner.

Protocol

1. Forberedelse Metal-ion Doteret polymerfilm Mål 8 ml vand i et bægerglas. Tilsættes 206 mg af PVP i vand. Blandes med magnetomrører eller vortex-blander, indtil opløsningen er klar. Tilsættes 210 mg af AgNO 3 til opløsningen. Blandes med magnetomrører eller vortex-blander, indtil opløsningen er klar. Coat objektglas med løsning gennem drop støbning. Sted objektglas i en ovn indstillet til 100 ° C. Bage prøven i 30 min. Fjern prøven f…

Representative Results

Den akustisk-optiske modulator og neutralfiltrene (figur 1) tillader en at kontrollere mængden af energi afsat i prøven. Ved eksponering i 110 pulser pr voxel og 3 nj per impuls, med scenen oversætte på 100 um / sek, de resulterende sølv strukturer er synlige gennem den in-situ optisk mikroskop. Lavere laser eksponeringsniveauer (ved at reducere impuls energi og / eller pulsantal) føre til mindre sølv funktioner. Vi har iagttaget funktioner så lille som 300 nm 8 Det er muligt…

Discussion

Nøglen til processen er at opnå en doteret dielektrisk matrix, der tillader høj opløsning fabrikation, men ikke nedbrydes hurtigt efter fremstilling. En simpel blanding af PVP, AgNO ₃ og _H2O tillader skabelse af høj opløsning sølv nanostrukturer, der er indlejret i en bærematrix. Variation af PVP til AgNO ₃ forholdet vil ændre laserenergien er nødvendig til fremstilling og potentielt andre egenskaber, såsom funktion opløsning. Et lavt forhold fører til hurtigere nedbrydning …