3D Disconnected Gümüş Nanoyapılar Fabrikasyona için Bir Yöntem

Bu protokol, femtosaniye lazer kullanarak bir polimer matrisi içerisinde üç boyutlu gümüş yapıların fabrikasyonunu detaylandırmaktadır; işleme, polimer matrisi içinde gümüş iyonları elde etmek için PVP ve gümüş nitratın suda karıştırılmasıyla başlanır, ardından cam lam kaplanan çözelti ile kaplanır ve gümüş iyonları ile katkılanmış kalın bir polimer tabakası oluşturmak için pişirilir ve son olarak, polimer içerisinde gümüş yapıların büyümesini sağlamak için polimer tabakasına femtosaniye lazer darbeleri uygulanır. Optik mikroskopi ve taramalı elektron mikroskopisinden elde edilen analitik sonuçlar, numunenin lazerle ışınlanan hacimlerinde gümüş yapısının büyümesini göstermektedir. Bu tekniğin UV fotolitografi gibi diğer yöntemlere göre temel avantajı, femtosaniye lazerle doğrudan yazımın orta yapıları tek bir adımda ve 3 boyutlu olarak oluşturabilmesidir.

Bu sürecin anahtarı, gümüş büyümesini lazerle belirlenmiş hacimle sınırladığı için numunedeki kimyasal reaktiflerin kombinasyonudur. Bu yöntemin bir uygulaması, kızılötesi ve optik dalga boyları için izotropik metal, dielektrik metamalzemelerin 3D fabrikasyonunu içerir. Bir beherde sekiz mililitre su ölçün.

206 miligram polivinilpirrolin ekleyin ve çözelti berraklaşana kadar karıştırın. Ardından 210 miligram gümüş nitrat ekleyin ve karıştırarak çözün. Şimdi damla döküm yöntemini kullanarak bir lamı gümüş çözeltisi ile kaplayın ve lamları 100 °C'lik bir fırında 30 dakika boyunca pişirin.

İşlem görmüş lamları çıkarın ve 30 dakika boyunca soğutun. Optik düzenek; bir titanyum safir lazer, bir faraday izolatörü, bir darbe sıkıştırıcı, bir kuo optik modülatör, bir indie filtre, CCD kameralı ev yapımı bir mikroskop ve üç eksenli bir taşıma tablasından oluşmaktadır. Lazer ışınını mikroskobun tamamı boyunca hizalayın.

Örnek tutucuya yönelik objektif. Tüm düzenek, titreşim izolatörlü bir optik masa üzerinde olmalıdır. Mikroskop objektifinden sonra 50 femtosaniyelik darbeler elde etmek için kompresörü ayarlayın.

Ayrıca, üç nano çift darbe elde etmek için nötr yoğunluk filtrelerini ayarlayın. Objektiften sonra, lazer spot boyutunun mikroskop objektifinin arka açıklığından daha büyük olduğundan emin olun. Ardından, örneğin ışınlandığı süre boyunca 10 mikrosaniyelik pozlama pencereleri oluşturmak için al optik modülatörünü ayarlayın.

Tekrarlama hızını 25 hertz olarak ayarlayın. Lazer ışınını mikroskoba ulaşmadan önce engelleyin. Numuneyi üç eksenli bir taşıma tablası üzerine yerleştirin.

Femtosaniye lazer darbelerinin ışın yolu, görüntüleme mikroskobu objektifinden geçmeli ve örnek üzerine odaklanmalıdır. Örneği C iki'de gözlemlemek için mikroskop aydınlatma kaynağını değiştirin. CCD kamera kullanarak, cam alt tabaka ile polimer film arasındaki ara yüzeyi bulmak için sahnenin Z eksenini kaydırın.

Ardından mikroskobu polimer içerisindeki istenen derinliğe yeniden odaklayın. En alt katmanı desenlemek için lazer ışınını açın. Hareket kontrol yazılımını, numuneyi x, Y ve Z yönlerinde saniyede 100 mikron hızla taşıyacak şekilde ayarlayın.

Desenleme sırasında Z çevirisi, fabrikasyon yapılarıyla girişimi önlemek için cam polimer arayüzünden uzaklaşan yönde olmalıdır. Karartılmış lazerle maruz bırakılan foxhole yapıları gümüş içerir. Darbe enerjisi ve maruz kalma süresi.

Gümüş noktaların boyutunu, özel optik modülatör frekansını ve numune taşıma hızını belirleyin. Aralığı belirleyin. Mevcut ayarlar, net bir görüntü için dört mikrometre periyoda sahip büyük noktalar üretmektedir.

C iki görüntülemede, AO optik modülatörü ve nötr yoğunluk filtreleri, numuneye aktarılan enerji miktarının hassas bir şekilde kontrol edilmesini sağlar. Örneğin, gümüş yapılar, voksel başına 110 darbe ve darbe başına 3 nJ pozlama ile sahnenin saniyede 100 µm hızla kaydırılmasıyla NC iki optik mikroskobu aracılığıyla kolayca görülebilir. Optik mikroskopi görüntülerinin bu 3D render'ında, üretilen numune, başka bir gümüş nokta dizisinin üzerindeki gümüş nokta dizisinden oluşmaktadır.

Polimer matris tarafından yerlerinde tutulurlar. Veriler, örnekler mikroskop objektifinden uzaklaştırıldıkça hareketlendirilen sıralı optik mikroskopi görüntüleri olarak da görselleştirilebilir; böylece farklı özellikler sırasıyla net odak noktasına girip çıkarlar. Bu video, daha önce 3B olarak render edilmiş örneği göstermektedir.

Bu video, Z yönünde spiral şeklinde ilerleyen iki nokta desenini göstermektedir. Fabrike edilmiş gümüş yapıların yüksek çözünürlüklü görüntüleri, bir taramalı elektron mikroskobu kullanılarak da elde edilebilir. Bu örnek, doğrudan cam substrat üzerine fabrike edilmiş noktalardan oluşan 2 boyutlu bir diziden oluşmaktadır.

Gümüş özelliklerin alt mikrometre boyutlarda olduğuna dikkat edin. Bu videoyu izledikten sonra, bir femtosaniye lazer kullanarak polimer bir matris içinde üç boyutlu gümüş yapıların nasıl oluşturulacağı konusunda iyi bir anlayışa sahip olmalısınız. Lazerler ve kimyasarlarla çalışmanın son derece tehlikeli olabileceğini ve bu prosedürü gerçekleştirirken her zaman uygun koruyucu ekipman giymeniz gerektiğini unutmayın.

Bu teknik, yeni tasarımların ve metamalzemelerin araştırılmasını ve diğer teknikler kullanılarak yapılamayan cihazların üretilmesini mümkün kılmaktadır.