En metode for å dikte Disconnected Silver nanostrukturer i 3D

Summary

Femtosecond-laser direkte skriving er ofte brukt til å lage tredimensjonale (3D) mønstre i polymerer og briller. Men fortsatt mønster metaller i 3D en utfordring. Vi beskriver en fremgangsmåte for fremstilling av sølv nanostrukturer innebygd i en polymermatriks med en femtosecond laser sentrert ved 800 nm.

Abstract

Standarden nanofabrication verktøykasse inneholder teknikker primært rettet mot å skape 2D mønstre i dielektriske medier. Opprette metall mønstre på en submicron skala krever en kombinasjon av nanofabrication verktøy og flere materiale behandlingen trinn. For eksempel fremgangsmåten for å lage planar metallkonstruksjoner med ultrafiolett fotolitografi og elektron-litografi kan inkludere prøve eksponering, sample utvikling, metall deponering, og metall oppskytning. Å lage 3D metallkonstruksjoner blir sekvensen gjentas flere ganger. Kompleksiteten og vanskeligheter med å stable og samkjøre flere lag begrenser praktiske implementasjoner av 3D metall strukturering ved hjelp av standard nanofabrication verktøy. Femtosecond-laser direkte skriving har dukket opp som en fremragende teknikk for 3D nanofabrication. ^1,2 femtosecond lasere er ofte brukt til å lage 3D-mønstre i polymerer og briller. ^3-7 Men 3D metall direkte skrive er fortsatt en utfordring. Her har vibeskrive en metode for å fremstille sølv nanostrukturer innebygd i en polymermatriks med en femtosecond laser sentrert ved 800 nm. Metoden muliggjør fabrikasjon av mønstrene ikke mulig ved hjelp av andre teknikker, for eksempel 3D-matriser av løsrevne sølv voksler. ⁸ frakoblet 3D metall mønstre er nyttige for metamaterials der enhetsceller ikke er i kontakt med hverandre, ⁹ eksempel kombinert metall dot ^{10, 11} eller kombinert metallstang ^12,13 resonatorer. Potensielle bruksområder er negative indeks metamaterials, usynlighet kapper og perfekte linser.

I femtosecond-laser direkte skriving, laser bølgelengde velges slik at fotoner ikke lineært absorberes i målmedium. Når laseren pulsvarigheten komprimeres til femtosecond tidsskalaen og stråling er tett fokusert inne målet, induserer den ekstremt høye intensitet lineær absorpsjon. Flere fotoner er absorbert samtidigly å forårsake elektroniske overganger som fører til materielle endringer i fokus regionen. Ved hjelp av denne tilnærmingen, kan man danne strukturer i hoveddelen av et materiale i stedet for på dens overflate.

Mest arbeid på 3D direkte metall skriftlig har fokusert på å skape selvbærende metallkonstruksjoner. ^14-16 Metoden er beskrevet her gir sub-mikrometer sølv strukturer som ikke trenger å være selv-støttet fordi de er innebygd i en matrise. Et dopet polymermatriksen er fremstilt ved hjelp av en blanding av sølvnitrat (Agno _3), polyvinylpyrrolidon (PVP) og vann _(H2O). Prøvene er så mønstret ved bestråling med en 11-MHz femtosecond laser produserer 50-fs pulser. Under bestråling, er photoreduction av sølvioner indusert gjennom lineære absorpsjon, noe som skaper et aggregat av sølv nanopartikler i det sentrale området. Ved hjelp av denne tilnærmingen skaper vi sølv mønstre innebygd i en dopet PVP matrise. Legge 3D oversettelse av srikelig utvider mønstre til tre dimensjoner.

Protocol

1. Forbereder Metal-ion dopet Polymer Film Mål 8 ml vann i et begerglass. Legg 206 mg av PVP til vann. Bland ved hjelp av magnetisk rører eller virvelblander inntil oppløsningen er klar. Legg 210 mg Agno 3 til løsning. Bland ved hjelp av magnetisk rører eller virvelblander inntil oppløsningen er klar. Coat glass lysbilde med løsning gjennom dråpe casting. Sted glass lysbilde i en ovn satt til 100 ° C. Bake prøven i 30 min. Fjern prøven fr…

Representative Results

Den akusto-optisk modulator og nøytral tetthet filtre (Figur 1) tillater en å kontrollere mengden av energi deponert inn i prøven. Bruke en eksponering på 110 pulser pr voxel og 3 nJ per puls, med scenen oversette på 100 mikrometer / sek, den resulterende sølv strukturene er lett synlig gjennom in situ optisk mikroskop. Lavere laser eksponeringsnivåer (ved å redusere pulsenergien og / eller puls nummer) føre til mindre sølv egenskaper;. Vi har observert funksjoner så liten som 300 nm…

Discussion

Nøkkelen til prosessen er å skaffe et dopet dielektrisk matrise som gir høy oppløsning fabrikasjon, men ikke nedbryter snart etter tilberedning. En enkel blanding av PVP, ₃ Agno og H ₂ O tillater etablering av høyoppløselige sølv nanostrukturer som er innebygd i en bærermasse. Varierende PVP til Agno ₃ forholdet vil endre laser energien som trengs for fabrikasjon, og potensielt andre egenskaper som funksjon oppløsning. Et lavt forholdstall fører til raskere nedbrytning av den d…