This work was funded by the Office of Naval Research (ONR) through the Naval Research Laboratory Basic Research Program.

1. Fazendo Substratos doadores <ol><li> Mascarar as bordas de uma lâmina de vidro com fita adesiva deixando uma região central de vidro descoberto. </li><li> Submerge a corrediça em Tamponada HF (6: 1 proporção de 40% de NH 4 F em água a 48% de HF em água) durante 3-15 min. Nota: Isto irá gravar o centro da lâmina que é desmascarado, criando assim um. A profundidade do poço deve estar entre 1 e 5 mm, que pode ser determinado através de um perfilómetro de estilete ou AFM utilizando as instruções do fabricante. </li><li> Remover a máscara de fita. </li></ol> 2. Criação da fita de tinta <ol><li> Espalhe uma pequena quantidade de pasta de Ag num lado do poço. Certifique-se de que não é suficiente para encher o poço, aproximadamente na gama de 10 mg. Não é necessário medir a quantidade em primeiro lugar, no entanto. </li><li> Firmemente arrastar uma lâmina de metal em frente ao poço, espalhando uma camada fina de pasta em toda a sua totalidade. Distribuir uniformemente a pasta sem quaisquer pontos finos. O produto final de THIs processo - um pequeno poço contendo tinta Ag - é chamado de &quot;fita&quot;. </li><li> Limpe qualquer pasta que se espalhou para fora do poço com um laboratório de limpar. </li></ol> 3. Secagem da fita <ol><li> Coloque a fita de face para cima em um ambiente de baixa umidade. Uma caixa cheia de azoto seco funciona melhor. </li><li> Deixar a fita durante pelo menos 2 horas à temperatura ambiente. Neste ponto, a viscosidade da tinta deve ser suficientemente elevado para imprimir. Nota: Após a secagem suficiente, fitas de tinta pode ser armazenado por cerca de um mês, colocando o bem virado para baixo sobre uma outra lâmina de vidro e armazená-lo em um ambiente seco-nitrogênio. Uma vez armazenados desta forma, não há problema em deixar as fitas de tinta sem supervisão por longos períodos de tempo. </li></ol> 4. Voxels impressão <ol><li> Fixe o substrato receptor para um estágio de translação XY usando um mandril de vácuo ou fita dupla face. Nota: O substrato receptor deve ser plana, mas não há outras limitações. wafers de silício, gllâminas burro, ou polímeros de 200 ° C compatíveis são todos os substratos receptor aceitáveis. </li><li> Coloque a fita de tinta a face para baixo sobre o substrato receptor. </li><li> Concentre-se a configuração da óptica através da parte de trás do substrato dador, sobre a superfície de trás da tinta para dentro do poço. NOTA: Há muitas maneiras de organizar a ótica para este processo, mas as seguintes etapas / componentes são necessários: <ol><li> Use um laser UV pulsada com um feixe, com uma distribuição de energia espacial &quot;top-hat&quot; (em oposição a Gaussian). Usar um laser capaz de disparar controladamente impulsos individuais, que podem requerer um modulador óptico-acústico. O modulador acústico-óptico permite ao utilizador controlar o disparo de pulsos individuais. </li><li> Passar o feixe através de uma abertura, formando a secção transversal do feixe na forma desejada. Note-se que a forma da abertura determina a forma do voxel. Isto quer dizer, a abertura é essencialmente trabalhada sobre o substrato dador, análoga à MASk projecção. </li><li> Usar uma objectiva microscópica para reduzir o tamanho da secção transversal do feixe, o qual determina o tamanho do voxel impresso. Por exemplo, se um 10X rendimentos objetivas voxels quadrados com 50 mm dimensões laterais, em seguida, um objetivo 50X irá imprimir a mesma forma (quadrado) voxels com 10 mm dimensões laterais. </li><li> Coloque uma câmera de vídeo em linha (via divisor de feixe), com o objetivo microscópica. Isso permite o monitoramento ativo da fita de tinta. </li></ol></li><li> Disparar um único pulso de laser sobre o substrato doador. Um valor de partida razoável para a fluência do laser é na gama de 40-60 mJ / cm2. Assegure-se que existe um buraco na visível a forma da secção transversal onde o feixe de laser foi ejectado do voxel. Se o buraco não é visível, há várias razões possíveis: <ol><li> Fora de foco. <ol><li> Ajuste a altura do objectivo de focagem. Isto pode trazer o buraco em foco. </li></ol></li><li> Energia baixa. <ol><li> lentamente incRease a energia do laser até uma fluência de 60-80 mJ / cm2. Mais grossas fitas de tinta pode exigir altos valores de fluência. </li></ol></li><li> Viscosidade da tinta muito baixo. <ol><li> Se um voxel é ejectado mas o furo na fita de tinta recargas imediatamente, então a viscosidade da tinta é ainda demasiado baixo, portanto secar a fita durante mais 30 min, com base nas instruções no passo 3 e passo 4, em seguida, iniciar novamente. </li></ol></li></ol></li><li> Mova o estágio de translação XY ao longo do eixo X e Y para um novo local. </li><li> Disparar um único pulso de laser sobre o substrato doador de novo, ejetar um voxel e deixando um buraco agudamente definido onde o voxel foi ejetado da fita de tinta. </li></ol> 5. Impressão estruturas complexas <ol><li> Criar linhas ligando juntos voxels adjacentes da seguinte forma: <ol><li> Transferir um voxel como descrito em 4,1-4,4. </li><li> Mova o estágio de translação comprimento de um voxel XY ao longo da direção X ou Y. </li><li> Transferir um voxel como descrito em 4,1-4,4. </li><li> Repita este processo até que seja obtida uma linha suficientemente longo. </li></ol></li><li> Criar ponte ou cantilever estruturas da seguinte forma: <ol><li> Alinhar o feixe de modo a que o voxel ejectado irá transpor um hiato geométrica sobre o substrato de dador ou de tal modo que uma porção do voxel irá sobressair além da borda de uma abertura geométrico. </li><li> Transferir um voxel como descrito em 4,1-4,4. Nota: Se a viscosidade da pasta é muito baixo, o voxel pode estar de acordo com as características abaixo dela em vez de criar uma ponte ou em linha suspensa. </li></ol></li><li> Criar estruturas de alto relação de aspecto da seguinte maneira: <ol><li> Transferir um voxel como descrito em 4,1-4,4. </li><li> Sem mover o substrato receptor, mova o substrato dador para um local fresco na fita de tinta. </li><li> Transferir um voxel como descrito em 4,1-4,4. </li><li> Repita os passos 5.3.2 e 5.3.3 até um recurso do hei suficienteght é obtido. Se a estrutura é construída mais alto do que ~ 3-5 mm, insira periodicamente espaçadores entre o substrato do doador e do receptor para que a pilha voxel e fita de tinta não entram em contato direto. Note-se que a óptica terá de ser reorientados como descrito na secção 4.4.1 para ter em conta a alteração no altura do substrato dador. </li></ol></li></ol> 6. imprimir imagens complexas através DMD Chip <ol><li> Desenhar ou fazer upload de imagem de forma voxel desejado. Certifique-se de que o formato do arquivo de imagem é um bitmap. Nota: É crucial usar o factor demagnification do sistema óptico para dimensionar o desenho para o tamanho do voxel a ser impresso. A DMD essencialmente substitui a abertura, então em vez de imagiologia do feixe com o que é essencialmente mascarar projeção, uma série de micro-espelhos é usada para moldar o feixe. </li><li> Selecione a laser apropriado (UV ou verde). </li><li> Ligue DMD e abrir software DMD. <ol><li> Clique em &quot;Abrir imagem&quot; e bitmap patte de cargarn. Selecione carregar e redefinir. </li><li> Clique em &quot;Adicionar&quot;. Nome do arquivo de bitmap deve aparecer no painel da direita. </li><li> Clique em &quot;Executar uma vez&quot;. padrão de bitmap agora está carregado em DMD. </li></ol></li><li> Disponha os substratos doador e receptor como descrito nas etapas 4.1 a 4.3. Transferência da tinta como descrito nas etapas 4.4 a 4.6. </li><li> Uma vez que as transferências são bem-sucedido, repita os passos de 6,3-6,4, se necessário; em seguida, avance para a etapa 7. </li></ol> 7. Furnace Uma vez que todos os voxeis são impressos, curar em um forno. <ol><li> Coloque o substrato receptor de face para cima no forno. </li><li> Deixar a cura a 180 ° C durante 2 h. </li></ol>

<ol>
	<li>Park, J. U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-resolution+electrohydrodynamic+jet+printing.">High-resolution electrohydrodynamic jet printing.</a> Nature Mater. 6, 782-789 (2007).</li><li>Hon, K. K. B., Li, L., Hutchings, I. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+writing+technology+-+Advances+and+developments.">Direct writing technology - Advances and developments.</a> CIRP Ann. 57, 601-620 (2008).</li><li>Calvert, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inkjet+Printing+for+Materials+and+Devices.">Inkjet Printing for Materials and Devices.</a> Chem. Mater. 13, 3299-3305 (2001).</li><li>Arnold, C. B., Serra, P., Piqu&#233;, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+direct-write+techniques+for+printing+of+complex+materials.">Laser direct-write techniques for printing of complex materials.</a> MRS Bulletin. 32, 23-31 (2007).</li><li>Park, J. U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-resolution+electrohydrodynamic+jet+printing.">High-resolution electrohydrodynamic jet printing.</a> Nature Mater. 6, 782-789 (2007).</li><li>Hon, K. K. B., Li, L., Hutchings, I. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+writing+technology+-+Advances+and+developments.">Direct writing technology - Advances and developments.</a> CIRP Ann. 57, 601-620 (2008).</li><li>Calvert, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inkjet+Printing+for+Materials+and+Devices.">Inkjet Printing for Materials and Devices.</a> Chem. Mater. 13, 3299-3305 (2001).</li><li>Arnold, C. B., Serra, P., Piqu&#233;, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+direct-write+techniques+for+printing+of+complex+materials.">Laser direct-write techniques for printing of complex materials.</a> MRS Bulletin. 32, 23-31 (2007).</li><li>Piqu&#233;, A., Auyeung, R. C. Y., Kim, H. K., Metkus, M., Mathews, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Digital+microfabrication+by+laser+decal+transfer.">Digital microfabrication by laser decal transfer.</a> J. Laser. Micro. Nanoeng. 3, 163-168 (2008).</li><li>Auyeung, R. C. Y., Kim, H., Birnbaum, A. J., Zalalutdinov, M., Mathews, S. A., Piqu&#233;, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+decal+transfer+of+freestanding+microcantilevers+and+microbridges.">Laser decal transfer of freestanding microcantilevers and microbridges.</a> Appl. Phys. A. 97, 513-519 (2009).</li><li>Kim, H., Melinger, J. S., Khachatrian, A., Charipar, N. A., Auyeung, R. C. Y., Piqu&#233;, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+terahertz+metamaterials+by+laser+printing.">Fabrication of terahertz metamaterials by laser printing.</a> Opt. Lett. 35, 4039-4041 (2010).</li><li>Wang, J., Auyeung, R. C. Y., Kim, H., Charipar, N. A., Piqu&#233;, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+printing+of+interconnects+by+laser+direct-write+of+silver+nanopastes.">Three-dimensional printing of interconnects by laser direct-write of silver nanopastes.</a> Adv. Mater. 22, 4462-4466 (2010).</li><li>Mathews, S. A., Auyeung, R. C. Y., Kim, H., Charipar, N. A., Piqu&#233;, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-speed+video+study+of+laser-induced+forward+transfer+of+silver+nano-suspensions.">High-speed video study of laser-induced forward transfer of silver nano-suspensions.</a> J. Appl. Phys. 114, 064910 (2013).</li><li>King, B. H., Dimos, D., Yang, P., Morissette, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct-write+fabrication+of+integrated,+multilayer+ceramic+components.">Direct-write fabrication of integrated, multilayer ceramic components.</a> J. Electroceram. 3, 173-178 (1999).</li><li>Lewis, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+ink+writing+of+3D+functional+materials.">Direct ink writing of 3D functional materials.</a> Adv. Funct. Mater. 16, 2193-2204 (2006).</li><li>Calvert, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inkjet+printing+for+materials+and+devices.">Inkjet printing for materials and devices.</a> Chem. Mater. 13, 3299-3305 (2001).</li><li>Kang, H., Soltman, D., Subramanian, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrostatic+Optimization+of+Inkjet-Printed+Films.">Hydrostatic Optimization of Inkjet-Printed Films.</a> Langmuir. 26, 11568-11573 (2010).</li><li>Piqu&#233;, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+decal+transfer+of+electronic+materials+with+thin+film+characteristics.">Laser decal transfer of electronic materials with thin film characteristics.</a> Proc. SPIE. 6879, 687911 (2008).</li><li>Auyeung, R. C. Y., Kim, H., Birnbaum, A. J., Zalalutdinov, M., Mathews, S. A., Piqu&#233;, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+decal+transfer+of+freestanding+microcantilevers+and+microbridges.">Laser decal transfer of freestanding microcantilevers and microbridges.</a> Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 97, 513-519 (2009).</li><li>Soltman, D., Smith, V., Kang, H., Morris, S. J. S., Subramanian, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methodology+for+inkjet+printing+of+partially+wetting+films.">Methodology for inkjet printing of partially wetting films.</a> Langmuir. 26, 15686-15693 (2010).</li><li>Auyeung, R. C. Y., Kim, H., Charipar, N., Birnbaum, A., Mathews, S., Piqu&#233;, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+forward+transfer+based+on+a+spatial+light+modulator.">Laser forward transfer based on a spatial light modulator.</a> Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 102, 21-26 (2011).</li><li>Duocastella, M., Fernandez-Pradas, J. M., Serra, P., Morenza, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Jet+formation+in+the+laser+forward+transfer+of+liquids.">Jet formation in the laser forward transfer of liquids.</a> Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 93, 453-456 (2008).</li><li>Feinaueugle, M., Alloncle, A. P., Delaporte, P., Sones, C. L., Eason, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time-resolved+shadowgraph+imaging+of+femtosecond+laser-induced+forward+transfer+of+solid+materials.">Time-resolved shadowgraph imaging of femtosecond laser-induced forward transfer of solid materials.</a> Appl. Surf. Science. 258, 8475-8483 (2012).</li><li>Breckenfeld, E., Kim, H., Auyeung, R. C. Y., Charipar, N., Serra, P., Piqu&#233;, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser-induced+forward+transfer+of+silver+nanopaste+for+microwave+interconnects,+A.">Laser-induced forward transfer of silver nanopaste for microwave interconnects, A.</a> Appl. Surf. Science. 331, 254-261 (2015).</li></ol>

Os autores não têm nada a revelar.

Neste trabalho, nós demonstramos um processo para não-contato, impressão tridimensional, bem como a laser de um único tiro, impressão de grande área (via chip DMD) de alta viscosidade Ag nanopasta. Ao contrário de outras técnicas de gravação direta, como a jato de tinta, a técnica LDT aqui descrito permite a impressão de formas complexas voxel com um pulso de laser, ou seja, em uma única etapa. Embora vários aspectos do procedimento pode parecer simples, existem múltiplos passos que exigem testes iterativo, a fim de optimizar. Primeiro, pasta seca e viscosidade são os fatores mais importantes para a transferência bem sucedida. Embora esses pontos já foram sido repetidamente enfatizado no texto, reiteramos o ponto aqui sublinhar a importância. Se a viscosidade da tinta é demasiado baixo, então será impossível imprimir, formas de voxel bem definidas afiadas. Um sinal indicador de que a viscosidade da tinta é muito baixa ocorre ao tentar ejetar um voxel. Quando o pulso de laser é disparado, ovoxel aparece para ejectar momentaneamente, mas a tinta vai encher rapidamente em volta do orifício deixado no substrato dador. Neste caso, o utilizador deve parar de disparar o laser e a tinta deve ser adicionalmente tratado como descrito nas etapas 3.1 e 3.2. Se a viscosidade da tinta é demasiado elevado, o processo de transferência do voxel aparece bem sucedida na fita. No entanto, ao examinar os voxels sobre o substrato receptor, não será significativo rasgamento, fractura, ou detritos. Neste caso, o usuário precisa de dispor da fita atual e fazer uma nova fita, conforme descrito na seção 2. Otimização da viscosidade da tinta e tempo de secagem deve ser feita com a avaliação da qualidade de tentativas de transferência de voxel. Nós não recomendamos tentar medir a viscosidade da pasta em qualquer ponto. Em segundo lugar, a fluência do laser é quase tão importante como a viscosidade da tinta e muito pequenas mudanças na fluência pode ter um efeito significativo sobre o processo. Deve ser muito claro quando a energia é muito baixo - o voxelnão será ejetado a partir do substrato doador. Recomenda-se para começar o intervalo de fluência sugerido no passo 4.4, e, em seguida, muito gradualmente aumentar o valor. A energia mais baixa, que resulta em uma transferência total é chamado de &quot;fluência limiar&quot;. Muitas vezes, é melhor para operar na ou perto da fluência limite porque os valores de fluência mais elevados tendem a fracturar ou rasgar os voxels. Finalmente, dependendo da variedade de laser utilizado para o processo, pode haver pontos quentes no perfil de laser. Isso pode exigir um ajuste da abertura para provar uma região mais homogénea do feixe. Se a forma do voxel ejectado é deformado ou mal corresponde à forma da secção transversal do feixe, pontos de laser ou a espessura da camada de tinta ou a uniformidade pode ser responsável. Além solução de problemas, existem algumas limitações para a técnica. O passo final do forno de cura faz com que seja difícil ou impossível de alcançar voxels com as propriedades funcionais desejadas de não-T-altaemperatura substratos compatíveis. Geralmente, o nanopasta Ag utilizado neste manuscrito requer uma temperatura de cura de pelo menos 150 ° C, a fim de se obter valores de condutividade razoáveis. A fabricação da camada de tinta sobre o substrato de dador tem de ser optimizadas para melhorar a uniformidade da espessura, a cobertura de área e o tempo de processamento. A espessura da camada de tinta tem um efeito dramático sobre a influência limiar e qualidade de transmissão, e espessura não homogénea pode fazer o processo de transferência difícil, especialmente quando se transferem os voxels menores do que 20 um x 20 um. O design atual para o substrato doador faz com que seja difícil criar fitas com mais de 10s de cm, o que limita a taxa de transferência de grande área. Assim, o desenvolvimento de modelos de substrato doador alternativos, tais como bobina-a-bobina ou disco rotativo, seria necessária para automação melhorada e processamento de área maior. A força da técnica LDT reside na capacidade de transferência de fluidos com altaviscosidades que outras técnicas drop-on-demand não pode manipular. As vantagens de LDT pode ser separada em duas situações em que, em primeiro lugar, pasta de impressão de alta viscosidade oferece uma melhoria na qualidade ou velocidade sobre a impressão de baixa viscosidade de pasta e em segundo lugar, em situações em que a impressão com pasta de alta viscosidade permite estruturas que não são acessíveis para a impressão de baixa viscosidade . Exemplos de vantagens da primeira categoria são: mínima variabilidade voxel dos efeitos de molhagem, alto grau de controle sobre a forma e tamanho voxel, encolhimento mínimo durante a cura e energia laser de baixa em comparação com outros processos de elevação (e, portanto, baixa velocidade de transferência). Exemplos da segunda categoria são: a impressão de estruturas de alta proporção de tela, estruturas de ponte, vigas, e qualquer outra estrutura que requer uma boa voxel-forma de retenção. Ao combinar o processo de LDT com o chip DMD, impressão paralela de formatos e padrões complexos é activada, o que acelera grandemente o processo global. Além disso, Tele usa de um DMD para moldar os voxels permite designs de ser actualizados entre os pulsos de laser, permitindo a impressão rápida dos voxels dinamicamente reconfiguráveis. De um modo geral, a taxa de atualização da DMD (33 kHz) é ligeiramente mais lento do que a taxa de repetição máxima do laser (100 kHz ou superior), mas a taxa fator limitante para a velocidade de impressão é a tradução palco. As avenidas principais para o avanço com o sistema LDT são o desenvolvimento contínuo de materiais adicionais, melhorando o processo de fabricação da fita, e continuando a expandir o processo através da integração de tecnologia de processamento digital de luz (DLP), como o chip DMD. Embora os materiais metálicos e isolantes foram transferidos com sucesso por este processo, alguns materiais activos têm sido desenvolvidos. A capacidade de imprimir materiais piezoelétricos, magnéticos ou optoeletrônicos com o processo de LDT poderia abrir enormes possibilidades tecnológicas. Tal como está, a geometria da subst doadorlimites de taxa de escalabilidade. O desenvolvimento de bobina a bobina ou girar substratos disco doadores iria agilizar os processos consideravelmente. Finalmente, a combinação dos LDT com tecnologia DLP é um desenvolvimento potencialmente perturbador para o campo da fabricação digital, transformando um processo previamente série em um processo altamente paralelo. Um dos principais desafios para este objetivo é a capacidade de imprimir voxels com boa resolução recurso em múltiplas escalas. Isto quer dizer, os voxels com dimensões laterais da ordem de 10 segundos ou 100 s de características uM contendo na ordem de 1-5 ^ m. Tomados em conjunto, estes desenvolvimentos oferecem oportunidades importantes para-grande área de fabricação aditiva de componentes eletrônicos.

Aditivos técnicas de impressão são de considerável interesse para a modelação de materiais funcionais em uma variedade de substratos. Esses chamados processos &quot;de gravação direta&quot;, incluindo micropen 10, montagem direta e gravação 11, jato de tinta 12, e LIFT 4, são bem adaptados para a fabricação de uma variedade de tamanhos de recursos que variam de sub-micron para macroescala 1,2 . As principais vantagens destas técnicas são de baixo custo, respeito pelo ambiente, e retorno rápido do conceito ao protótipo. Na verdade, a prototipagem rápida é um uso principal para tais processos. Os materiais utilizados por estes processos consistem geralmente de uma suspensão de nanopartículas dentro de um solvente, e geralmente requerem um forno de cura após a etapa de deposição de modo a realizar as suas propriedades funcionais. Embora micropen e montagem e gravação direta são relativamente simples de implementar, ambos dependem de um contato de filamento contínuo com o substrato de recepçãodurante a distribuição. Embora a jacto de tinta é um método de não-contacto simples,-escrita directa, que é geralmente limitado à transferência de baixa viscosidade, suspensões de nanopartículas quimicamente benignas, a fim de evitar o entupimento e / ou a corrosão dos bocais de distribuição. Além disso, os padrões de impressão com recursos de ponta bem definidas por jato de tinta é muito difícil, dado o comportamento variável de fluidos em diferentes superfícies e sua instabilidade resultante devido a efeitos de molhagem 13. Independentemente disso, a jato de tinta tem desfrutado de mais atenção dos pesquisadores até agora. ELEVADOR, por outro lado, é um processo aditivo livre de bico de não-contacto, a qual é capaz de transferir pasta de alta viscosidade com limites bem definidos. Neste processo, quantidades controladas de materiais complexos são transferidas a partir de um substrato dador (ou &quot;fita&quot;) para um substrato de recepção, utilizando pulsos de laser 4, como mostrado esquematicamente na Figura 1. Quando se utiliza pasta de elevada viscosidade, é possvel para o voxel impressa para coincidir com o tamanho ea forma da seção transversal pulso de laser incidente 5. Este processo tem sido referido como a transferência de decalque de laser (LDT), e oferece uma abordagem única para-escrita directa em que forma e a dimensão do voxel são prontamente parâmetros controláveis, permitindo a geração não-litográfica de estruturas para uma ampla gama de aplicações, tais como reparação de circuito 14, metamateriais 7, interconexões 8 e estruturas de free-standing 15. A capacidade de depósito em formas complexas um passo de transferência reduz grandemente o tempo de processamento e evita os problemas relacionados com a fusão de várias voxels, um problema comum na maior parte das técnicas de impressão digital. A capacidade de ajustar dinamicamente o perfil espacial dos pulsos de laser individuais 17 serve para aumentar a velocidade de gravação de LDT, em comparação com outras técnicas de laser de gravação directa (LDW). Como um resultado destas vantagens de processamento, que se referem ao processo LDT como sendo&quot;Parcialmente em paralelo&quot;, uma vez que permite a combinação de várias etapas de escrita de série em um único paralelo. O grau de paralelismo em última análise depende da capacidade para alterar rapidamente o laser perfil de secção transversal, e, portanto, a forma do voxel resultante, e da velocidade através da qual a fita e o substrato pode ser traduzido. Para ajudar a visualizar o processo, o comportamento de um material durante o processo de elevador está representado esquematicamente nas Figuras 2A, 2C, 2E e para três diferentes viscosidades de pasta. Para tintas de baixa viscosidade (Figura 2A) 9, o processo de transferência seguinte de jacto comportamento, resultando na formação de, voxels hemisféricas arredondados (Figura 2B) 18. A Figura 2C descreve a transferência para suspensões viscosidade muito alta, em que o voxel ejectado experimenta fragmentação semelhante ao que é observados com elevador de modotampa camadas de cerâmica 19. A Figura 2E descreve a transferência de nanopasta LDT com uma viscosidade adequada, intermediário, em que o voxel lançado não está sujeito a forma de deformação devido a efeitos de tensão superficial e atinge o substrato receptor intacto. O efeito da viscosidade na forma de voxels transferidos é mostrado nas imagens de microscopia de força atómica (AFM) nas figuras 2B, 2D, e 2F. Como a Figura 2F demonstra, é possível obter, voxels nítidas bem definidas para um conjunto adequado de viscosidades, geralmente ~ 100 Pa · s para Ag nanopasta 5. Globalmente, houve poucos relatos de métodos que combinam a impressão sem contacto com o potencial para estruturas 3D de resolução micron. O método LDT oferece um processo de forma livre capaz de fabricar interconexões com capacidades de campo de ligação ultra-finos. Um número de aplicações, incluindo dispositivos eletrônicos delicados, eletrônica orgânica, E sistemas microeletromecânicos (MEMS) poderia beneficiar de um tal processo. Aqui demonstramos um processo para não-contato, impressão tridimensional, bem como a laser de um único tiro, impressão de grande área (via chip DMD) de alta viscosidade Ag nanopasta.

<table><tbody><tr><td>Silver Nano-paste for Screen Printing</td><td>Harima Chemicals Group, http://www.harima.co.jp/en/</td><td>NPS Type HP</td><td>Store at 10 &amp;#176;C, do not allow to freeze; before using, wait 1 hour for paste to reach room temperature.</td></tr><tr><td>Buffered HF Solution</td><td>http://transene.com/sio2/</td><td>BUFFER HF IMPROVED</td><td>Etch rate may vary depending on material structure</td></tr></tbody></table>

laser-induced forward transfer of ag nanopaste

Durante a última década, tem havido muito desenvolvimento de métodos 1-3 não litográficas para impressão de tintas metálicas ou outros materiais funcionais. Muitos desses processos, tais como a jato de tinta 3 e induzida por laser de transferência para a frente (LIFT) 4 tornaram-se cada vez mais popular como o interesse em eletrônicos de impressão e padronização sem máscara tem crescido. Estes aditivos são processos de fabrico barato, amigo do ambiente, e bem adaptada para prototipagem rápida, quando comparada com as técnicas de processamento de semicondutor mais tradicionais. Enquanto a maioria dos processos de gravação direta estão confinados a estruturas bidimensionais e não pode lidar com materiais com alta viscosidade (particularmente inkjet), LIFT pode transcender tanto as restrições, se realizada corretamente. Transferência congruente de três pixels dimensionais (chamados voxels), também conhecidos como transferência do decalque laser (LDT) 5-9, foi recentemente demonstrado com a técnica LIFT usando altamente viscoso nanopast Ages para fabricar interconexões autônomas, formas voxel complexos e estruturas de alta proporção de tela. Neste artigo, demonstramos um processo, mas versátil simples para a fabricação de uma variedade de estruturas Ag micro e macroescala. Estruturas incluem formas simples para padronização contatos elétricos, ponte e estruturas cantilever, estruturas de alto aspecto de relação e de um único tiro, grandes transferências de área usando um chip comercial Digital Micromirror Device (DMD).

A Figura 3 mostra um substrato dador representativo com um poço no seu centro. Uma lâmina de vidro padrão foi utilizado para o substrato dador, e a profundidade do poço, neste caso, é de 1 uM. Note-se que todo o nanopasta Ag está confinada ao poço rectangular e o resto do substrato é limpo. É também importante notar que a coloração é uniforme, indicando pasta espessura aproximadamente uniforme. Regiões com coloração mais clara indicam pontos finos, que são evitados melhor. A Figura 4 mostra uma imagem óptico de 20X do substrato doador após uma matriz 6x6 de 20 mm x 20 mm voxels quadrados foram expulsos. Neste caso ideal, não há nenhum resíduo de pasta nas lacunas e todos os voxels foram totalmente ejectado a partir da fita. Se a energia for insuficiente ou se existem pontos quentes significativas no perfil de feixe, voxels só parcialmente separar e manter-se preso à parte de trás da fita. Voxels ejetado do pastes com diferentes viscosidades podem ser encontrados na Figura 5 9. Quando a viscosidade da pasta é baixa, ou seja, não tem sido suficientemente seco, tensão superficial irá fazer com que os voxels a tornar-se mais arredondadas, perdendo a sua forma original (como visto na Figura 5A e B ). Note-se como os formatos dos voxeis na Figura 5B são diferentes das formas de feixes (exibido na inserção da Figura 5B). No outro extremo, quando a viscosidade da pasta é elevado, isto é, tem sido sobre-seca, voxels têm uma tendência para fracturar quando ejectado como pode ser visto na figura 5C e D. Assim, há uma gama de viscosidade intermédia, que permite a transferência de voxels unfractured que retêm a forma do perfil de feixe como pode ser visto na Figura 5E e F. Demonstramos duas variedades de cadeias de voxels que formam linhas condutoras longos. O primeiro foi um simples em cadeia end-to-end em which 40 x 60 um 2 voxels foram transferidos adjacentes uns aos outros (Figura 6A e B) 20. Geralmente, este método de ligação foi pouco fiáveis, com interfaces parcialmente ou completamente quebrado que aparecem após uma cura suave a 100 ° C (como visto na Figura 6B). O segundo método utilizado dentada, bloqueando voxels transferidos extremidade-a-extremidade (Figura 6C e D). As linhas a tracejado na Figura 6C descrever a forma original dos voxels, como a alta qualidade da interface faz com que seja difícil de resolver as formas individuais visualmente. Este efeito é muito clara na Figura 6D, onde a costura entre voxels é quase invisível. A geometria dentada era mais confiável do que o fim end-to-simples, com quase todos os restantes interfaces contínuo após um C cura de até 100 °. A Figura 7 demonstra várias geometrias de empilhamento, padrões e proporções. Uma únicavoxel atravessando uma trincheira 100 um de largura de Si pode ser encontrada na Figura 7A. A obtenção da viscosidade direita é de extrema importância para a ponte ou aplicações independentes, a fim de impedir que o voxel de flacidez ou conforme com a geometria do substrato receptor. Estruturas, multi-camada complexa pode ser visto na Figura 7B-D, incluindo duas pirâmides empilhados e de aspecto elevado rácio micro pilares. Essas geometrias são importantes para aplicações que exigem interconexões verticais e abrangendo. Finalmente, a figura 8A mostra uma configuração óptica alternativo que utiliza um chip DMD comercial, referido como um &quot;dispositivo de espelho digital&quot; no diagrama. Tal como descrito no passo 6, grandes, imagens complexas pode ser carregado para o computador e transferida com um único pulso de laser. Um logotipo NRL impresso com êxito pode ser encontrada na Figura 8B. Notamos que, com um único disparo, que podem transferir uma estrutura de pasta com um comprimento de 1 mm e uma característica rSolução de ~ 20? M. <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/53728/53728fig1.jpg" /> Figura 1. Diagrama esquemático da configuração LDT. Note-se que a forma voxel é determinada pela forma do feixe transversal apenas para tinta de alta viscosidade. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53728/53728fig1large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/53728/53728fig2.jpg" /> Figura 2. Diagrama esquemático do voxel de ejecção. Os diagramas ilustram a evolução da transferência para (A) de baixa viscosidade, (C) de alta viscosidade, e (E) de viscosidade intermédia. Parcelas de AFM os voxels resultantes são fornecidos em (B), (D), e (F), respectivamente. Esta figura foi modificado<html> a partir de [9]. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53728/53728fig2large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/53728/53728fig3.jpg" /> Figura 3. Imagem de Ag substrato nanopasta doador. O substrato em si é uma lâmina de vidro com um 1 um poço profundo no centro. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53728/53728fig3large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/53728/53728fig4.jpg" /> Figura 4. 20X óptico de imagem da camada de pasta sobre a fita (substrato doador) após a transferência voxel. Afiado, bordas bem definidas e falta de resíduo indicam secagem pasta suficiente e transferência completa do material da fita.jove.com/files/ftp_upload/53728/53728fig4large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Clique aqui para ver uma versão maior desta figura. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/53728/53728fig5.jpg" /> Perfis de viga Figura 5. microscopia eletrônica de varredura (MEV) imagens de vários voxels diferentes. Estão representados na inserção (B). Três formas diferentes de voxel foram impressos a partir da baixa viscosidade (A, B), viscosidade elevada (C, D), e de viscosidade intermédia (E, F). Note-se que baixa viscosidade leva a uma perda de forma e voxel nitidez enquanto alta viscosidade leva a fratura voxel. Esta figura foi modificado a partir de [9]. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53728/53728fig5large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> . Figura 6. imagens SEM de cadeias voxel siameses duas geometrias que ligam estão representados: simples end-to-end (A, B) e anotou-de bloqueio (C, D). Em geral, com entalhe de encravamento geometrias são encontrados para ser mais fiável ao mesmo tempo simples de ponta-a-ponta têm uma tendência para quebrar devido ao encolhimento durante as etapas de forno. Esta figura foi modificado a partir de [20]. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53728/53728fig6large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 7" src="/files/ftp_upload/53728/53728fig7.jpg" /> . Figura 7. As imagens de SEM de várias estruturas de voxel geometrias complexas incluem: um voxel rectangular colmatar uma trincheira 100 m de largura (a), uma multicamada s<html> caffold (B), uma elevada relação de forma de pirâmide (C), e vários pilares de aspecto elevado rácio micro (D). Esta figura foi modificado a partir de [8]. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53728/53728fig7large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 8" src="/files/ftp_upload/53728/53728fig8.jpg" /> Figura 8. Diagrama esquemático e os resultados do LDT através chip DMD. No diagrama esquemático (A), da abertura do laser foi substituído com o chip DMD, que é um grande conjunto de micro-espelhos. O padrão a partir de um arquivo de imagem pode ser fielmente fotografada no substrato doador, ejetando uma réplica exata do padrão de voxels em um único tiro. Como exemplo, um logotipo NRL (B) foi transferido por um único tiro laser.ig8large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Watch this Scientific Journal Video about Laser-induced Forward Transfer of Ag Nanopaste at JoVE.com

Laser-induced Forward Transfer of Ag Nanopaste

We demonstrate the use of the Laser-induced forward transfer technique (LIFT) for the printing of high-viscosity Ag paste. This technique offers a simple, low temperature, robust process for non-lithographically printing microscale 2D and 3D structures.

Transferência Atacante induzida por laser de Ag Nanopasta

Over the past decade, there has been much development of non-lithographic methods1-3 for printing metallic inks or other functional materials. Many of ...

laser-induced-forward-transfer-of-ag-nanopaste

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Engineering

11.3K visualizações.  Naval Research Laboratory. We demonstrate the use of the Laser-induced forward transfer technique (LIFT) for the printing of high-viscosity Ag paste. This technique offers a simple, low temperature, robust process for non-lithographically printing microscale 2D and 3D structures.

Vídeo: Laser-induced Forward Transfer of Ag Nanopaste

A Method to Fabricate Disconnected Silver Nanostructures in 3D

The standard nanofabrication toolkit includes techniques primarily aimed at creating 2D patterns in dielectric media. Creating metal patterns on a submicron scale requires a combination of nanofabrication tools and several material processing steps. For example, steps to create planar metal structures using ultraviolet photolithography and electron-beam lithography can include sample exposure, sample development, metal deposition, and metal liftoff. To create 3D metal structures, the sequence is repeated multiple times. The complexity and difficulty of stacking and aligning multiple layers limits practical implementations of 3D metal structuring using standard nanofabrication tools. Femtosecond-laser direct-writing has emerged as a pre-eminent technique for 3D nanofabrication.1,2 Femtosecond lasers are frequently used to create 3D patterns in polymers and glasses.3-7 However, 3D metal direct-writing remains a challenge. Here, we describe a method to fabricate silver nanostructures embedded inside a polymer matrix using a femtosecond laser centered at 800 nm. The method enables the fabrication of patterns not feasible using other techniques, such as 3D arrays of disconnected silver voxels.8 Disconnected 3D metal patterns are useful for metamaterials where unit cells are not in contact with each other,9 such as coupled metal dot10,11or coupled metal rod12,13 resonators. Potential applications include negative index metamaterials, invisibility cloaks, and perfect lenses.
In femtosecond-laser direct-writing, the laser wavelength is chosen such that photons are not linearly absorbed in the target medium. When the laser pulse duration is compressed to the femtosecond time scale and the radiation is tightly focused inside the target, the extremely high intensity induces nonlinear absorption. Multiple photons are absorbed simultaneously to cause electronic transitions that lead to material modification within the focused region. Using this approach, one can form structures in the bulk of a material rather than on its surface.
Most work on 3D direct metal writing has focused on creating self-supported metal structures.14-16 The method described here yields sub-micrometer silver structures that do not need to be self-supported because they are embedded inside a matrix. A doped polymer matrix is prepared using a mixture of silver nitrate (AgNO3), polyvinylpyrrolidone (PVP) and water (H2O). Samples are then patterned by irradiation with an 11-MHz femtosecond laser producing 50-fs pulses. During irradiation, photoreduction of silver ions is induced through nonlinear absorption, creating an aggregate of silver nanoparticles in the focal region. Using this approach we create silver patterns embedded in a doped PVP matrix. Adding 3D translation of the sample extends the patterning to three dimensions.

Femtosecond-laser direct-writing is frequently used to create three-dimensional (3D) patterns in polymers and glasses. However, patterning metals in 3D remains a challenge. We describe a method for fabricating silver nanostructures embedded inside a polymer matrix using a femtosecond laser centered at 800 nm.

Um método para fabricar nanoestruturas de prata desconectados em 3D

The standard nanofabrication toolkit includes  techniques primarily aimed at creating 2D patterns in dielectric media. Creating  metal patterns on a ...

Engenharia

Evaluating Plasmonic Transport in Current-carrying Silver Nanowires

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information support1,2,3. In this context, metal nanowires are especially desirable for realizing dense routing networks4. A prerequisite to operate such shared nanowire-based platform relies on our ability to electrically contact individual metal nanowires and efficiently excite surface plasmon polaritons5 in this information support. In this article, we describe a protocol to bring electrical terminals to chemically-synthesized silver nanowires6 randomly distributed on a glass substrate7. The positions of the nanowire ends with respect to predefined landmarks are precisely located using standard optical transmission microscopy before encapsulation in an electron-sensitive resist. Trenches representing the electrode layout are subsequently designed by electron-beam lithography. Metal electrodes are then fabricated by thermally evaporating a Cr/Au layer followed by a chemical lift-off. The contacted silver nanowires are finally transferred to a leakage radiation microscope for surface plasmon excitation and characterization8,9. Surface plasmons are launched in the nanowires by focusing a near infrared laser beam on a diffraction-limited spot overlapping one nanowire extremity5,9. For sufficiently large nanowires, the surface plasmon mode leaks into the glass substrate9,10. This leakage radiation is readily detected, imaged, and analyzed in the different conjugate planes in leakage radiation microscopy9,11. The electrical terminals do not affect the plasmon propagation. However, a current-induced morphological deterioration of the nanowire drastically degrades the flow of surface plasmons. The combination of surface plasmon leakage radiation microscopy with a simultaneous analysis of the nanowire electrical transport characteristics reveals the intrinsic limitations of such plasmonic circuitry.

Silver nanowires can simultaneously transport electrons and optical information in the form of surface plasmons. A procedure is described here to realize such a shared circuitry and the limitations at propagating both information carriers are evaluated.

Avaliando plasmônicos Transporte em Prata atual de transporte de nanofios

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information ...

Utilization of Plasmonic and Photonic Crystal Nanostructures for Enhanced Micro- and Nanoparticle Manipulation

A method to manipulate the position and orientation of submicron particles nondestructively would be an incredibly useful tool for basic biological research. Perhaps the most widely used physical force to achieve noninvasive manipulation of small particles has been dielectrophoresis(DEP).1 However, DEP on its own lacks the versatility and precision that are desired when manipulating cells since it is traditionally done with stationary electrodes. Optical tweezers, which utilize a three dimensional electromagnetic field gradient to exert forces on small particles, achieve this desired versatility and precision.2 However, a major drawback of this approach is the high radiation intensity required to achieve the necessary force to trap a particle which can damage biological samples.3 A solution that allows trapping and sorting with lower optical intensities are optoelectronic tweezers (OET) but OET's have limitations with fine manipulation of small particles; being DEP-based technology also puts constraint on the property of the solution.4,5
This video article will describe two methods that decrease the intensity of the radiation needed for optical manipulation of living cells and also describe a method for orientation control. The first method is plasmonic tweezers which use a random gold nanoparticle (AuNP) array as a substrate for the sample as shown in Figure 1. The AuNP array converts the incident photons into localized surface plasmons (LSP) which consist of resonant dipole moments that radiate and generate a patterned radiation field with a large gradient in the cell solution. Initial work on surface plasmon enhanced trapping by Righini et al and our own modeling have shown the fields generated by the plasmonic substrate reduce the initial intensity required by enhancing the gradient field that traps the particle.6,7,8 The plasmonic approach allows for fine orientation control of ellipsoidal particles and cells with low optical intensities because of more efficient optical energy conversion into mechanical energy and a dipole-dependent radiation field. These fields are shown in figure 2 and the low trapping intensities are detailed in figures 4 and 5. The main problems with plasmonic tweezers are that the LSP's generate a considerable amount of heat and the trapping is only two dimensional. This heat generates convective flows and thermophoresis which can be powerful enough to expel submicron particles from the trap.9,10 The second approach that we will describe is utilizing periodic dielectric nanostructures to scatter incident light very efficiently into diffraction modes, as shown in figure 6.11 Ideally, one would make this structure out of a dielectric material to avoid the same heating problems experienced with the plasmonic tweezers but in our approach an aluminum-coated diffraction grating is used as a one-dimensional periodic dielectric nanostructure. Although it is not a semiconductor, it did not experience significant heating and effectively trapped small particles with low trapping intensities, as shown in figure 7. Alignment of particles with the grating substrate conceptually validates the proposition that a 2-D photonic crystal could allow precise rotation of non-spherical micron sized particles.10 The efficiencies of these optical traps are increased due to the enhanced fields produced by the nanostructures described in this paper.

Plasmonic tweezers and photonic crystal nanostructures are shown to produce useful enhancements in the efficiency and orientation control of optically trapping micro- and nano-particles.

Utilização de Nanoestruturas Cristal plasmônicos e Fotônica para Manipulação de Micro-e Nanopartículas melhorada

A method to manipulate the position and orientation of submicron particles nondestructively would be an incredibly useful tool for basic biological ...

Bioengenharia

Laser-induced Forward Transfer for Flip-chip Packaging of Single Dies

Flip-chip (FC) packaging is a key technology for realizing high performance, ultra-miniaturized and high-density circuits in the micro-electronics industry. In this technique the chip and/or the substrate is bumped and the two are bonded via these conductive bumps. Many bumping techniques have been developed and intensively investigated since the introduction of the FC technology in 19601 such as stencil printing, stud bumping, evaporation and electroless/electroplating2. Despite the progress that these methods have made they all suffer from one or more than one drawbacks that need to be addressed such as cost, complex processing steps, high processing temperatures, manufacturing time and most importantly the lack of flexibility. In this paper, we demonstrate a simple and cost-effective laser-based bump forming technique known as Laser-induced Forward Transfer (LIFT)3. Using the LIFT technique a wide range of bump materials can be printed in a single-step with great flexibility, high speed and accuracy at RT. In addition, LIFT enables the bumping and bonding down to chip-scale, which is critical for fabricating ultra-miniature circuitry.

We demonstrate the use of the Laser-induced Forward Transfer (LIFT) technique for flip-chip assembly of optoelectronic components. This approach provides a simple, cost-effective, low-temperature, fast and flexible solution for fine-pitch bumping and bonding on chip-scale for achieving high-density circuits for optoelectronic applications.

Transferência para a frente induzida por laser para Flip-chip Embalagem de matrizes de solteiro

Flip-chip (FC) packaging is a key technology for realizing high performance, ultra-miniaturized and high-density circuits in the micro-electronics ...

Selective Area Modification of Silicon Surface Wettability by Pulsed UV Laser Irradiation in Liquid Environment

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of biosensing devices. We report on a protocol of using KrF and ArF lasers irradiating Si (001) samples immersed in a liquid environment with low number of pulses and operating at moderately low pulse fluences to induce Si wettability modification. Wafers immersed for up to 4 hr in a 0.01% H2O2/H2O solution did not show measurable change in their initial contact angle (CA) ~75&#176;. However, the 500-pulse KrF and ArF lasers irradiation of such wafers in a microchamber filled with 0.01% H2O2/H2O solution at 250 and 65 mJ/cm2, respectively, has decreased the CA to near 15&#176;, indicating the formation of a superhydrophilic surface. The formation of OH-terminated Si (001), with no measurable change of the wafer&#8217;s surface morphology, has been confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy and atomic force microscopy measurements. The selective area irradiated samples were then immersed in a biotin-conjugated fluorescein-stained nanospheres solution for 2 hr, resulting in a successful immobilization of the nanospheres in the non-irradiated area. This illustrates the potential of&#160;the method for selective area biofunctionalization and fabrication of advanced Si-based biosensing architectures. We also describe a similar protocol of irradiation of wafers immersed in methanol (CH3OH) using ArF laser operating at pulse fluence of 65 mJ/cm2 and in situ formation of a strongly hydrophobic surface of Si (001) with the CA of 103&#176;. The XPS results indicate ArF laser induced formation of Si&#8211;(OCH3)x compounds responsible for the observed hydrophobicity. However, no such compounds were found by XPS on the Si surface irradiated by KrF laser in methanol, demonstrating the inability of the KrF laser to photodissociate methanol and create -OCH3 radicals.

We report on a process of in situ alteration of HF treated Si (001) surface into a hydrophilic or hydrophobic state by irradiating samples in microfluidic chambers filled with&#160;H2O2/H2O solution (0.01%-0.5%) or methanol solutions using pulsed UV laser of a relative low pulse fluence.

Seletiva Área Modificação de Superfície Wettability Silicon por Pulsed Laser irradiação UV em meio líquido

The wettability of silicon (Si) is one of the important parameters in the technology of surface functionalization of this material and fabrication of ...

Integration of Light Trapping Silver Nanostructures in Hydrogenated Microcrystalline Silicon Solar Cells by Transfer Printing

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly known as plasmonic effects, play an important role. Research in this field has, however, been impeded owing to the difficulty of fabricating devices containing the desired functional metal nanostructures. In order to provide a viable strategy to this issue, we herein show a transfer printing-based approach that allows the quick and low-cost integration of designed metal nanostructures with a variety of device architectures, including solar cells. Nanopillar poly(dimethylsiloxane) (PDMS) stamps were fabricated from a commercially available nanohole plastic film as a master mold. On this nanopatterned PDMS stamps, Ag films were deposited, which were then transfer-printed onto block copolymer (binding layer)-coated hydrogenated microcrystalline Si (&#181;c-Si:H) surface to afford ordered Ag nanodisk structures. It was confirmed that the resulting Ag nanodisk-incorporated &#181;c-Si:H solar cells show higher performances compared to a cell without the transfer-printed Ag nanodisks, thanks to plasmonic light trapping effect derived from the Ag nanodisks. Because of the simplicity and versatility, further device application would also be feasible thorough this approach.

A viable transfer printing-based methodology to introduce plasmonic metal nanostructures in solar cells is described. Using nanopillar poly(dimethylsiloxane) stamps, an Ag-based ordered nanodisk array was integrated with standard hydrogenated microcrystalline Si solar cells, which led to improved device performances due to plasmonic light trapping.

Integração da luz Interceptação de prata Nanoestruturas em células solares de silício hidrogenado microcristalina por Transferência de impressão

One of the potential applications of metal nanostructures is light trapping in solar cells, where unique optical properties of nanosized metals, commonly ...

Plasmonic Trapping and Release of Nanoparticles in a Monitoring Environment

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few can observe immobilized particles. Moreover, a limited number of studies have experimentally measured the exertable forces on the particles. The designs can be classified as the protruding nanodisk type or the suppressed nanohole type. For the latter, microscopic observation is extremely challenging. In this paper, a new plasmonic tweezer system is introduced to monitor particles, both in directions parallel and orthogonal to the symmetric axis of a plasmonic nanohole structure. This feature enables us to observe the movement of each particle near the rim of the nanohole. Furthermore, we can quantitatively estimate the maximal trapping forces using a new fluidic channel.

A microchip fabrication process that incorporates plasmonic tweezers is presented here. The microchip enables the imaging of a trapped particle to measure maximal trapping forces.

Plasmonic captura e liberação de nanopartículas em um ambiente de Monitoramento

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few ...

Production of Metal Nanoparticles by Pulsed Laser-ablation in Liquids: A Tool for Studying the Antibacterial Properties of Nanoparticles

The emergence of multidrug-resistant bacteria is a global clinical concern leading some to speculate about our return to a "pre-antibiotics" era of medicine. In addition to efforts to identify novel small-molecule antimicrobial drugs, there has been great interest in the use of metal nanoparticles as coatings for medical devices, wound dressings, and consumer packaging, due to their antimicrobial properties. The wide variety of methods available for nanoparticle synthesis results in a broad spectrum of chemical and physical properties which can affect antibacterial efficacy. This manuscript describes the pulsed laser-ablation in liquids (PLAL) method to create nanoparticles. This approach allows for the fine tuning of nanoparticle size, composition, and stability using post-irradiation methods as well as the addition of surfactants or volume excluders. By controlling particle size and composition, a large range of physical and chemical properties of metal nanoparticles can be explored which may contribute to their antimicrobial efficacy thereby opening new avenues for antibacterial development.

The antimicrobial properties of metals such as copper and silver have been recognized for centuries. This protocol describes pulsed laser-ablation in liquids, a method of synthesizing metal nanoparticles that provides the ability to fine tune the properties of these nanoparticles to optimize their antimicrobial effects.

Produção de nanopartículas metálicas por ablação a laser pulsada em líquidos: uma ferramenta para estudar as propriedades antibacterianas das nanopartículas

The emergence of multidrug-resistant bacteria is a global clinical concern leading some to speculate about our return to a "pre-antibiotics" era of ...

Sintetizando nanopartículas e nanoestruturas via ablação a laser

Ultrafast Laser-Ablated Nanoparticles and Nanostructures for Surface-Enhanced Raman Scattering-Based Sensing Applications

The technique of ultrafast laser ablation in liquids has evolved and matured over the past decade, with several impending applications in various fields such as sensing, catalysis, and medicine. The exceptional feature of this technique is the formation of nanoparticles (colloids) and nanostructures (solids) in a single experiment with ultrashort laser pulses. We have been working on this technique for the past few years, investigating its potential using the surface-enhanced Raman scattering (SERS) technique in hazardous materials sensing applications. Ultrafast laser-ablated substrates (solids and colloids) could detect several analyte molecules at the trace levels/mixture form, including dyes, explosives, pesticides, and biomolecules. Here, we present some of the results achieved using the targets of Ag, Au, Ag-Au, and Si. We have optimized the nanostructures (NSs) and nanoparticles (NPs) obtained (in liquids and air) using different pulse durations, wavelengths, energies, pulse shapes, and writing geometries. Thus, various NSs and NPs were tested for their efficiency in sensing numerous analyte molecules using a simple, portable Raman spectrometer. This methodology, once optimized, paves the way for on-field sensing applications. We discuss the protocols in (a) synthesizing the NPs/NSs via laser ablation, (b) characterization of NPs/NSs, and (c) their utilization in the SERS-based sensing studies.

Autor em destaque: Avanços e aplicações na síntese de nanopartículas por meio da ablação a laser em líquidos 

Ultrafast laser ablation in liquid is a precise and versatile technique for synthesizing nanomaterials (nanoparticles [NPs] and nanostructures [NSs]) in liquid/air environments. The laser-ablated nanomaterials can be functionalized with Raman-active molecules to enhance the Raman signal of analytes placed on or near the NSs/NPs.

Nanopartículas e nanoestruturas ultrarrápidas abladas a laser para aplicações de sensoriamento baseado em espalhamento Raman aprimorado por superfície

The technique of ultrafast laser ablation in liquids has evolved and matured over the past decade, with several impending applications in various fields ...

Transferência Atacante induzida por laser de Ag Nanopasta

Resumo

Explore mais vídeos

Um método para fabricar nanoestruturas de prata desconectados em 3D

Avaliando plasmônicos Transporte em Prata atual de transporte de nanofios

Utilização de Nanoestruturas Cristal plasmônicos e Fotônica para Manipulação de Micro-e Nanopartículas melhorada

Transferência para a frente induzida por laser para Flip-chip Embalagem de matrizes de solteiro

Seletiva Área Modificação de Superfície Wettability Silicon por Pulsed Laser irradiação UV em meio líquido

Integração da luz Interceptação de prata Nanoestruturas em células solares de silício hidrogenado microcristalina por Transferência de impressão

Plasmonic captura e liberação de nanopartículas em um ambiente de Monitoramento

Produção de nanopartículas metálicas por ablação a laser pulsada em líquidos: uma ferramenta para estudar as propriedades antibacterianas das nanopartículas

Nanopartículas e nanoestruturas ultrarrápidas abladas a laser para aplicações de sensoriamento baseado em espalhamento Raman aprimorado por superfície

Nanopartículas e nanoestruturas ultrarrápidas abladas a laser para aplicações de sensoriamento baseado em espalhamento Raman aprimorado por superfície