Ein Verfahren zur Getrennt Silber Nanostrukturen in 3D Fabricate

Dieses Protokoll beschreibt die Herstellung von Silberstrukturen in drei Dimensionen innerhalb einer Polymermatrix mithilfe eines Femtosekundenlasers. Beginnen Sie damit, PVP und Silbernitrat in Wasser zu mischen, um Silberionen zu erhalten. Beschichten Sie eine Glasobjektträger mit der Lösung und trocknen Sie sie, um eine dicke, mit Silberionen dotierte Polymerschicht zu erzeugen. Bestrahlen Sie anschließend die Polymerschicht mit Femtosekundenlaserpulsen, um Silberstrukturen innerhalb des Polymers wachsen zu lassen. Analytische Ergebnisse aus Lichtmikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie zeigen das Wachstum der Silberstrukturen in den laserbestrahlten Volumina der Probe. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber anderen Verfahren, wie beispielsweise der UV-Lithographie, liegt darin, dass die direkte Schreiben mit einem Femtosekundenlaser mittlere Strukturen in einem einzigen Schritt und zudem in 3D erzeugen kann.

Der Schlüssel zu diesem Verfahren liegt in einer Kombination chemischer Reagenzien in der Probe, da diese das Silberwachstum auf das laserdefinierte Volumen begrenzt. Eine Anwendung dieser Methode umfasst die 3D-Herstellung isotroper metallischer und dielektrischer Metamaterialien für den infraroten und optischen Wellenlängenbereich. Messen Sie acht Milliliter Wasser in einem Becher ab.

Fügen Sie 206 Milligramm Polyvinylperin hinzu und mischen Sie, bis die Lösung klar ist. Geben Sie anschließend 210 Milligramm Silbernitrat hinzu und lösen Sie es durch Mischen. Beschichten Sie nun mittels Tropfenguss eine Glasplatte mit der Silberlösung und backen Sie die Glasplatten 30 Minuten lang in einem Ofen bei 100 Grad Celsius.

Entfernen Sie die behandelten Objektträger und kühlen Sie sie 30 Minuten lang ab. Der optische Aufbau umfasst einen Titan-Saphir-Laser, einen Faraday-Isolator, einen Pulskompressor, einen kuo-optischen Modulator, einen Indie-Filter, ein selbstgebautes Mikroskop mit der CCD-Kamera und eine Dreiaxen-Verfahrbühne. Richten Sie den Laserstrahl vollständig bis durch das Mikroskop aus.

Objektiv an der Probenhalterung. Der gesamte Aufbau sollte auf einem optischen Tisch mit Schwingungsisolatoren stehen. Stellen Sie den Kompressor so ein, dass 50 Femtosekunden lange Pulse nach dem Mikroskopobjektiv erzielt werden.

Passen Sie außerdem die Neutraldichtefilter an, um drei nano-duale Pulse zu erhalten. Stellen Sie hinter dem Objektiv nun sicher, dass der Laserfleck größer ist als die hintere Öffnung des Mikroskopobjektivs. Stellen Sie danach den akustooptischen Modulator so ein, dass 10-Mikrosekunden-Expositionsintervalle erzeugt werden, während derer die Probe bestrahlt wird.

Stellen Sie die Wiederholungsrate auf 25 Hertz ein. Blockieren Sie den Laserstrahl, bevor er das Mikroskop erreicht. Platzieren Sie die Probe auf einem Dreiaxen-Verfahrstand.

Der Strahlengang der Femtosekundenlaserpulse sollte durch das abbildende Mikroskopobjektiv verlaufen und sich in der Probe fokussieren. Schalten Sie die Mikroskopleuchte ein, um die Probe in C zwei zu beobachten. Verschieben Sie mit Hilfe der CCD-Kamera die Z-Achse des Stages, um die Grenzfläche zwischen dem Glas-Substrat und dem Polymerschicht zu finden.

Danach das Mikroskop erneut auf die gewünschte Tiefe innerhalb des Polymers fokussieren. Um die unterste Schicht zu strukturieren, den Laserstrahl freigeben. Die Bewegungssteuerungssoftware so einstellen, dass die Probe in X-, Y- und Z-Richtung mit einer Geschwindigkeit von 100 Mikrometern pro Sekunde bewegt wird.

Die Z-Translation während der Musterung muss in Richtung weg von der Glas-Polymer-Grenzfläche erfolgen, um eine Interferenz mit den hergestellten Strukturen zu vermeiden. Die abgedunkelten, dem Laser ausgesetzten Vertiefungen enthalten Silber. Die Pulsenergie und die Belichtungszeit.

Bestimmen Sie die Größe der Silberpunkte sowie die Frequenz des modifizierten optischen Modulators und die Translationsgeschwindigkeit der Probe. Bestimmen Sie den Abstand. Die aktuellen Einstellungen erzeugen große Punkte mit einer Periodizität von vier Mikrometern für eine klare Darstellung.

Bei der C2-Bildgebung ermöglichen der AO-Optikmodulator und Neutrale-Dichtefilter eine feine Steuerung der in die Probe eingebrachten Energiemenge. Beispielsweise sind silberne Strukturen im NC2-Optikmikroskop bei einer Belichtung von 110 Impulsen pro Voxel und drei Nanojoule pro Impuls bei einer Stufenübersetzung von 100 Mikrometern pro Sekunde gut sichtbar. Bei dieser 3D-Darstellung von optischen Mikroskopieaufnahmen besteht die hergestellte Probe aus einem Array von Silberpunkten, das auf einem weiteren Array von Silberpunkten angeordnet ist.

Sie werden durch die Polymermatrix fixiert. Die Daten können auch als sequenzielle optische Mikroskopieaufnahmen visualisiert werden, die animiert dargestellt werden, während die Proben von der Objektivlinse des Mikroskops wegbewegt werden; dabei treten unterschiedliche Strukturen nacheinander scharf in den Fokus. Dieses Video zeigt die zuvor dreidimensional gerenderte Probe.

Dieses Video zeigt zwei Punktmuster, die in Z-Richtung spiralförmig verlaufen. Hochauflösende Aufnahmen der hergestellten Silberstrukturen können ebenfalls mit einem Rasterelektronenmikroskop gewonnen werden. Diese Probe besteht aus einem zweidimensionalen Array von Punkten, die direkt auf dem Glas-Substrat hergestellt wurden.

Beachten Sie, dass die Silberstrukturen submikrometergroß sind. Nach dem Ansehen dieses Videos sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie dreidimensionale Silberstrukturen in einer Polymermatrix mithilfe eines Femtosekundenlasers hergestellt werden. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Lasern und Chemikalien äußerst gefährlich sein kann, und tragen Sie daher beim Durchführen dieses Verfahrens stets die geeignete Schutzausrüstung.

Mit dieser Technik lassen sich neue Konstruktionen und Metamaterialien erforschen und Bauelemente herstellen, die mit anderen Verfahren nicht gefertigt werden können.