A طريقة لصنع النانو سيلفر قطع في 3D

يفصل هذا البروتوكول عملية تصنيع هياكل الفضة داخل مصفوفة بوليمرية في ثلاثة أبعاد باستخدام ليزر الفيمتو ثانية؛ حيث تبدأ العملية بخلط PVP ونترات الفضة في الماء لإنتاج أيونات الفضة داخل مصفوفة بوليمرية، ثم تُطلى شريحة زجاجية بالمحلول وتُخبز لإنشاء طبقة بوليمرية سميكة مطعمة بأيونات الفضة، وبعد ذلك تُعرض الطبقة البوليمرية لنبضات ليزر الفيمتو ثانية من أجل تنمية هياكل الفضة داخل البوليمر. وتظهر النتائج التحليلية المستخلصة من المجهر الضوئي والمجهر الإلكتروني الماسح نمو هياكل الفضة في أحجام العينة التي تعرضت للإشعاع الليزري. وتكمن الميزة الأساسية لهذه التقنية مقارنة بالطرق الأخرى، مثل الطباعة الحجرية الضوئية بالأشعة فوق البنفسجية UV، في أن الكتابة المباشرة بليزر الفيمتو ثانية يمكنها إنشاء هياكل وسطية في خطوة واحدة، وبشكل ثلاثي الأبعاد 3D.

يكمن مفتاح هذه العملية في مزيج من الكواشف الكيميائية في العينة لأنها تحد من نمو الفضة ضمن الحجم المحدد بالليزر. وتشمل تطبيقات هذه الطريقة التصنيع ثلاثي الأبعاد للمعادن المتناحية والمواد الخارقة العازلة للأطوال الموجية تحت الحمراء والضوئية. قم بقياس 8 mL من الماء في دورق.

أضف 206 milligrams من polyvinyl perine واخلط المزيج حتى يصبح المحلول رائقاً. ثم أضف 210 milligrams من نترات الفضة وأذبها عن طريق الخلط. الآن، وباستخدام تقنية الصب بالتنقيط، قم بطلاء شريحة زجاجية بمحلول الفضة، ثم اخبز الشرائح الزجاجية في فرن عند درجة حرارة 100 °C لمدة 30 minutes.

أخرج الشرائح المعالجة واتركها لتبرد لمدة 30 دقيقة. يتكون الإعداد البصري من ليزر تيتانيوم ياقوتي، وعازل فاراداي، ومضغط نبضات، ومعدل بصري من نوع kuo، ومرشح indie، ومجهر مُصنع محلياً مزود بكاميرا CCD ومنصة إزاحة ثلاثية المحاور. قم بمحاذاة شعاع الليزر عبر المجهر بالكامل.

وجّه الشيئية نحو حامل العينة. يجب أن يكون الإعداد بأكمله على طاولة بصرية مزودة بعوازل للاهتزازات. اضبط الضاغط للحصول على نبضات بقدر 50 femtosecond بعد شيئية المجهر.

قم أيضاً بضبط مرشحات الكثافة المحايدة للحصول على ثلاث نبضات نانوية مزدوجة. بعد العدسة الشيئية، تأكد الآن من أن حجم بقعة الليزر أكبر من الفتحة الخلفية للعدسة الشيئية للمجهر. بعد ذلك، اضبط الموّجه البصري لإنتاج نوافذ تعريض مدتها 10 microsecond يتم خلالها تشعيع العينة.

اضبط معدل التكرار على 25 hertz. قم بحجب شعاع الليزر قبل وصوله إلى المجهر. ضع العينة على منصة إزاحة ثلاثية المحاور.

يجب أن يمر مسار شعاع نبضات ليزر الفيمتو ثانية عبر عدسة المجهر التصويري ليتمركز بؤرياً داخل العينة. قم بتحويل مصدر إضاءة المجهر لمراقبة العينة في C two. وباستخدام كاميرا CCD، قم بتحريك المحور Z للمنصة للعثور على السطح الفاصل بين الركيزة الزجاجية والفيلم البوليمري.

بعد ذلك، أعد تركيز المجهر على العمق المطلوب داخل البوليمر. ولنقش الطبقة السفلية تماماً، قم بإزالة الحجب عن شعاع الليزر. اضبط برنامج وحدة التحكم في الحركة لتحريك العينة في الاتجاهات x و Y و Z بسرعة 100 microns per second.

يجب أن يكون الانتقال في المحور Z أثناء عملية التشكيل في الاتجاه البعيد عن الواجهة البوليمرية الزجاجية لتجنب التداخل مع الهياكل المصنعة. تحتوي الثقوب التي تعرضت لليزر المعتم على الفضة. طاقة النبضة ووقت التعرض.

قم بتحديد حجم النقاط الفضية وتردد المغير البصري المخصص وسرعة إزاحة العينة. حدد المسافة الفاصلة. تُنتج الإعدادات الحالية نقاطاً كبيرة بدورة قدرها 4 µm من أجل الوضوح.

في التصوير ثنائي الفوتون (C two imaging)، يتيح المضمن البصري الصوتو-ضوئي (AO optic modulator) ومرشحات الكثافة المحايدة تحكماً دقيقاً في كمية الطاقة المترسبة في العينة. على سبيل المثال، تظهر البنى الفضية بوضوح من خلال المجهر الضوئي (NC two optical microscope) باستخدام تعريض لـ 110 pulses لكل voxel وبطاقة قدرها 3 nano joules لكل pulse مع تحريك المنصة بسرعة 100 microns per second. في هذا التصوير ثلاثي الأبعاد لصور المجهر الضوئي، تتكون العينة المصنعة من مصفوفة من النقاط الفضية فوق مصفوفة أخرى من النقاط الفضية.

يتم تثبيتها في مكانها بواسطة المصفوفة البوليمرية. كما يمكن تصور البيانات على شكل صور مجهرية بصرية متسلسلة يتم تحريكها مع إزاحة العينات بعيداً عن عدسة المجهر الشيئية، حيث تظهر ميزات مختلفة وتختفي من نطاق التركيز الحاد. يوضح هذا الفيديو العينة التي تم تقديمها مسبقاً بنظام ثلاثي الأبعاد.

يوضح هذا المقطع نمطين من النقاط التي تلتف حلزونياً في اتجاه Z. كما يمكن الحصول على صور عالية الدقة للهياكل الفضية المصنعة باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح. تتكون هذه العينة من مصفوفة ثنائية الأبعاد من النقاط التي تم تصنيعها مباشرة على الركيزة الزجاجية.

ملاحظة، تكون السمات الفضية ذات حجم دون الميكرومتر. بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية صنع هياكل فضية ثلاثية الأبعاد في مصفوفة بوليمر باستخدام ليزر الفيمتو ثانية. لا تنسَ أن العمل مع الليزرات والمواد الكيميائية يمكن أن يكون خطيراً للغاية، ويجب عليك دائماً ارتداء معدات الوقاية المناسبة عند تنفيذ هذا الإجراء.

تتيح هذه التقنية إمكانية استكشاف تصميمات ومواد خوارق (metamaterials) جديدة، وتصنيع أجهزة لا يمكن إنتاجها باستخدام تقنيات أخرى.