3D로 연결이 끊긴 실버 Nanostructures를 조작하는 방법

본 프로토콜은 펨토초 레이저를 이용하여 폴리머 매트릭스 내부에 3차원 은 구조체를 제작하는 방법을 상세히 설명합니다. 먼저 PVP와 질산은을 물에 혼합하여 폴리머 매트릭스 내부에 은 이온이 포함되도록 합니다. 유리 슬라이드에 해당 용액을 코팅하고 베이크하여 은 이온이 도핑된 두꺼운 폴리머 층을 생성합니다. 그런 다음 폴리머 층에 펨토초 레이저 펄스를 조사하여 폴리머 내부에 은 구조체를 성장시킵니다. 광학 현미경 및 주사 전자 현미경의 분석 결과, 샘플의 레이저 조사 부피 내에서 은 구조체의 성장이 확인되었습니다. UV 포토리소그래피와 같은 다른 방법과 비교했을 때 이 기술의 주요 장점은 펨토초 레이저 직접 기록 방식을 통해 한 단계만으로 내부 구조체를 생성할 수 있으며, 이를 3D로 구현할 수 있다는 점입니다.

이 공정의 핵심은 시료 내 화학 시약의 조합이며, 이는 은의 성장을 레이저 조사 부피로 제한하기 때문입니다. 이 방법의 응용 분야로는 적외선 및 가시광선 파장용 등방성 금속 및 유전체 메타물질의 3D 제작이 포함됩니다. 비커에 8 mL의 물을 측정하여 넣습니다.

polyvinyl perine 206 milligrams를 첨가하고 용액이 투명해질 때까지 혼합합니다. 그런 다음 질산은 210 milligrams를 첨가하고 혼합하여 용해시킵니다. 이제 드롭 캐스팅법을 사용하여 유리 슬라이드를 은 용액으로 코팅하고, 100 °C 오븐에서 30분 동안 유리 슬라이드를 굽습니다.

처리된 슬라이드를 꺼내 30분 동안 냉각합니다. 광학 설정에는 티타늄 사파이어 레이저, 패러데이 아이솔레이터, 펄스 압축기, kuo 광 변조기, 인디 필터, CCD 카메라와 3축 이동 스테이지가 장착된 자체 제작 현미경이 포함됩니다. 레이저 빔이 현미경 전체를 통과하도록 정렬합니다.

대물렌즈를 시료 마운트에 정렬하십시오. 전체 장치는 진동 절연기가 설치된 광학 테이블 위에 놓여 있어야 합니다. 압축기를 조절하여 현미경 대물렌즈 통과 후 50 femtosecond 펄스가 얻어지도록 하십시오.

또한 세 개의 나노 이중 펄스를 얻기 위해 중성 밀도 필터를 조정하십시오. 대물렌즈 이후에 레이저 스팟 크기가 현미경 대물렌즈의 후방 개구부보다 큰지 확인하십시오. 다음으로, 샘플에 조사를 수행하는 동안 10 microsecond의 노출 창을 생성하도록 acousto-optic 변조기를 설정하십시오.

반복률을 25 hertz로 설정하십시오. 레이저 빔이 현미경에 도달하기 전에 차단하십시오. 시료를 3축 이동 스테이지 위에 놓으십시오.

펨토초 레이저 펄스의 빔 경로가 이미징 현미경 대물렌즈를 통과하여 샘플 내에 초점이 맺혀야 합니다. 현미경 조명원을 전환하여 C two에서 샘플을 관찰하십시오. CCD 카메라를 사용하여 스테이지의 Z축을 이동시켜 유리 기판과 폴리머 필름 사이의 계면을 찾으십시오.

그 다음, 폴리머 내부의 원하는 깊이에 맞춰 현미경의 초점을 다시 조절합니다. 최하층을 패턴팅하려면 레이저 빔의 차단 장치를 해제하십시오. 모션 컨트롤러 소프트웨어를 설정하여 시료를 x, Y, Z 방향으로 100 microns per second의 속도로 이동시킵니다.

패터닝 중 Z축 이동은 제작된 구조물과의 간섭을 피하기 위해 유리-폴리머 계면에서 멀어지는 방향으로 이루어져야 합니다. 어둡게 레이저 노출된 폭스홀(foxhole)에는 은이 포함되어 있습니다. 펄스 에너지와 노출 시간입니다.

은 나노 도트의 크기와 광 변조기(acousto-optic modulator) 주파수 및 시료 이동 속도를 결정하십시오. 간격을 결정하십시오. 현재 설정으로는 명확한 확인을 위해 4 µm 주기를 가진 큰 도트가 생성됩니다.

C two 이미징에서, AO 광 변조기와 중성 밀도 필터를 통해 시료에 조사되는 에너지 양을 정밀하게 제어할 수 있습니다. 예를 들어, 복셀당 110펄스의 노출과 펄스당 3 nano joules의 에너지를 사용하고 스테이지를 100 microns per second의 속도로 이동시키면, NC two 광학 현미경을 통해 은 구조물을 쉽게 관찰할 수 있습니다. 광학 현미경 이미지의 이 3D 렌더링에서, 제작된 시료는 은 도트 배열 위에 또 다른 은 도트 배열이 놓인 형태로 구성되어 있습니다.

이들은 폴리머 매트릭스에 의해 고정되어 있습니다. 데이터는 또한 샘플이 현미경 대물렌즈로부터 멀어지도록 이동함에 따라 서로 다른 특징들이 초점에 들어왔다 나가는 모습을 애니메이션으로 구현한 순차적 광학 현미경 이미지로 시각화할 수 있습니다. 이 비디오는 앞서 3D 렌더링된 샘플을 보여줍니다.

이 영상은 Z 방향으로 나선형으로 배열된 두 가지 도트 패턴을 보여줍니다. 제작된 은 구조체의 고해상도 이미지는 주사 전자 현미경을 사용하여 얻을 수 있습니다. 이 샘플은 유리 기판 위에 직접 제작된 2D 도트 어레이로 구성되어 있습니다.

참고로, 은 구조체의 크기는 서브 마이크로미터 단위입니다. 이 영상을 시청하고 나면 펨토초 레이저를 사용하여 폴리머 매트릭스 내에 3차원 은 구조체를 제작하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다. 레이저와 화학 물질을 다루는 작업은 매우 위험할 수 있으므로, 이 절차를 수행할 때는 항상 적절한 보호 장구를 착용해야 함을 잊지 마십시오.

이 기술을 통해 새로운 설계와 메타물질을 탐구하고, 다른 기술로는 제작할 수 없는 소자들을 제작하는 것이 가능해집니다.