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

1. ביצוע מצעים תורמים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מסך את הקצוות של זכוכית שקופית עם קלטת השארת אזור מרכזי של זכוכית מכוסית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להטביע את השקופית שנאגרו HF (6: 1 יחס של 40% NH 4 F במים עד 48% HF במים) במשך 3-15 דקות. הערה: זה יהיה לחרוט במרכז השקופית שהוא ללא מסיכה, יצירה היטב. עומק הבאר צריך להיות בין 1 ל 5 מיקרומטר, אשר ניתן לקבוע באמצעות חרט profilometer או AFM באמצעות הוראות היצרן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את מסכת הקלטת. </li></ol> 2. יצירת סרט הדיו <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מורחים כמות קטנה של רסק Ag בשעה צד אחד של הבאר. ודא שיש מספיק כדי למלא את הבאר, בערך בטווח 10 מ&quot;ג. אין צורך למדוד את הכמות ראשונה, עם זאת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בתוקף לגרור להב מתכת ישר הבאר, להפיץ שכבה דקה של משחה ברחבי בשלמותו. באופן אחיד להפיץ את הדבק ללא כתמים דקים. התוצר הסופי של תיתהליך s - דיו Ag קטן היטב המכיל - נקרא &quot;סרט&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> נקה את כל דבק כי התפשט אל מחוץ לבאר עם מעבדת לנגב. </li></ol> 3. ייבוש הכלים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את הפנים כלפי מעלה סרט בסביבה נמוכה לחות. תיבת מלאים בחנקן יבש עובדת הכי טובה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השאר את הסרט לפחות שעה 2 ב RT. בשלב זה, צמיגות הדיו צריך להיות גבוה מספיק כדי להדפיס. הערה: לאחר ייבוש מספיק, סרטי דיו יכולים להיות מאוחסנים במשך בערך חודש על ידי צבת עם הפנים כלפי מטה גם על זכוכית שקופית אחרת ואחסונו בסביבה יבש-חנקן. לאחר מאוחסן בדרך זו, זה בסדר לעזוב את הסרטים דיו ייעשה בו שימוש במשך תקופות זמן ארוכות. </li></ol> 4. ווקסלים הדפסה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף מצע המקלט אל במת translational XY באמצעות צ&#39;אק ואקום או דבק דו-צדדי. הערה: מצע המקלט חייב להיות שטוח, אבל אין מגבלות אחרות. פרוסות סיליקון, GLמגלשות תחת, או 200 ° C תואמים פולימרים הם כל מצעי המקלט המקובלים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את הפנים כלפי מטה סרט דיו על מצע המקלט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פוקוס ההתקנה האופטית דרך החלק האחורי של המצע התורם, על פני השטח האחוריים של הדיו בתוך הבאר. הערה: ישנן דרכים רבות כדי לארגן את אופטיקה לתהליך הזה, אבל את הפעולות הבאות / רכיבים הכרחיים: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש ליזר UV פעם עם קרן בעל לחלוקת כוח מרחבית &quot;מלמעלה כובע&quot; (להבדיל גאוס). השתמש לייזר מסוגל לשגר פולסים בודדים מבוקר, אשר עשויים לדרוש אפנן acousto אופטיים. אפנן אופטי acousto מאפשר למשתמש לשלוט על ירי פולסים בודדים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לעבור את הקורה דרך צוהר, בעיצוב החתך של הקרן לצורה הרצויה. ראוי לציין, כי הצורה של הצמצם קובע את הצורה של voxel. כלומר, את הצמצם הוא צלם למעשה על גבי המצע התורם, מקביל Masהקרנת k. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש מטרה מיקרוסקופית כדי להקטין את הגודל של החלק וקורה ביניהם, אשר קובע את גודל voxel מודפס. לדוגמא, אם ווקסלים מרובעים 10X תשואות מטרה עם 50 מיקרומטר ממדים לרוחב, אז מטרת 50X ידפיסו אותו (מרובעת) צורה ווקסלים עם 10 מיקרומטר ממדים לרוחב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח מצלמת וידאו בתור (באמצעות קרן splitter) במטרה המיקרוסקופית. זה מאפשר ניטור פעיל של סרט הדיו. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אש דופק לייזר יחיד על גבי המצע התורם. ערך התחלה סבירה עבור השטף לייזר הוא בטווח של 40-60 mJ / 2 ס&quot;מ. ודא כי יש חור גלוי בצורת חתך קרן הלייזר שבו voxel נפלט. אם החור אינו נראה לעין, יש מספר סיבות אפשריות: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לא ממוקד. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את גובה מטרת ההתמקדות. זה עשוי להביא את החור אל המוקד. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אנרגיה נמוכה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאט increase האנרגיה של הלייזר עד השטף של 60-80 mJ / 2 ס&quot;מ. סרטים דיו סמיכים עשויים לדרוש ערכי שטף גבוהים. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צמיגות דיו נמוכה מדי. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם voxel ייפלט אבל חור סרט הדיו מייד ממלא, אז צמיגויות הדיו היא עדיין נמוכות מדי, ולכן לייבש את הסרט עבור 30 דקות אחרות זה על פי הוראות בשלב 3 ולאחר מכן להתחיל בשלב 4 שוב. </li></ol></li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזז את הבמה translational XY לאורך צירי X ו- Y. למקום חדש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אש דופקת ליזר יחיד על גבי המצע התורם שוב, הוצאת voxel ומשאיר חור מוגדר בחדות שבו voxel נפלט מן סרט הדיו. </li></ol> 5. מבנים מורכבים הדפסה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור שורות על ידי קישור יחד ווקסלים סמוכים באופן הבא: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העברת voxel כמתואר 4.1-4.4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזז את אורך אחד voxel translational הבמה XY לאורך X או Y כיוון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העברת voxel כמתואר 4.1-4.4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על תהליך זה עד שורה ארוכה מספיק מתקבלת. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור לגישור או שלוחה מבנים באופן הבא: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יישר את הקורה כך voxel הנפלט יהיה לגשר על פער גיאומטרי על פני המצע התורם או כך שחלק של voxel יהיה תלוי מעל פני הקצה של פער גיאומטרי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העברת voxel כמתואר 4.1-4.4. הערה: אם צמיגות הדבק היא נמוכה מדי, voxel יכול להתאים את התכונות מתחתיה במקום ליצור גשר או שלוחה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צור מבני יחס ממדים גבוהים באופן הבא: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העברת voxel כמתואר 4.1-4.4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מבלי להזיז את מצע המקלט, להזיז את המצע תורם למקום טרי על סרט הדיו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העברת voxel כמתואר 4.1-4.4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבים 5.3.2 ו 5.3.3 עד תכונה של Hei מספיקght מתקבל. אם המבנה בנוי גבוה ~ 3-5 מיקרומטר, הכנס מפרידי מעת לעת בין המצע התורם והמקבל כדי ליישר את הערימה voxel וסרט הדיו לא באים במגע ישיר. ראוי לציין, כי אופטיקה יהיה צורך ומיקד כמפורט בסעיף 4.4.1 כדי להביא בחשבון את השינוי בגובה המצע התורם. </li></ol></li></ol> 6. תמונות מורכבות הדפסה באמצעות DMD צ&#39;יפ <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צייר או להעלות תמונה של צורת voxel רצויה. ודא בפורמט של קובץ התמונה הוא מפה סיבית. הערה: זה חיוני כדי להשתמש גורם demagnification של המערכת האופטית לטפס על הציור לגודל של voxel שיודפס. DMD בעצם מחליף את הצמצם, אז במקום הדמיה הקורה עם מה הוא בעצם מסכה הקרנה, מערך של micromirrors משמש לעצב את הקורה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר לייזר (UV או ירוק) המתאים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל DMD ולפתוח תוכנת DMD. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על &quot;פתח תמונה&quot; ו patte מפת סיביות עומסrn. בחר לטעון איפוס. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על &quot;הוסף&quot;. שם קובץ מפה סיבי אמורים להופיע בחלונית הימנית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על &quot;הפעלה חד-פעמי&quot;. דפוס Bitmap נטען כעת על DMD. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מסדר את המצעים התורמים ומקבל כפי שמתואר צעדים 4.1 עד 4.3. העבר דיו כפי שמתואר צעדים 4.4 כדי 4.6. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר העברות מצליחות, חזור על שלבי 6.3 כדי 6.4 במידת צורך; לאחר מכן עבור לשלב 7. </li></ol> 7. תנור לאחר כל ווקסלים מודפסים, לרפא אותם בכבשן. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את הפנים כלפי מעלה מצע מקלט בכבשן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השאר לרפא ב 180 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות. </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>

החוקרים אין לי מה לחשוף.

במאמר זה, אנו הוכחנו תהליך ללא מגע, הדפסה תלת מימדית וכן יחיד ליזר-shot, הדפסת שטח גדולה (באמצעות שבב DMD) של nanopaste Ag גבוהה הצמיג. שלא כמו טכניקות ישירות לכתוב אחרות, כגון הזרקת דיו, טכניקת LDT המתוארת כאן מאפשרת ההדפסה של צורות voxel מורכבות עם דופק ליזר אחד, כלומר, באמצעות שלב אחד בלבד. בעוד היבטים רבים של ההליך עשויים נראה פשוט, ישנם צעדים רבים הדורשים בדיקה איטרטיבי על מנת לייעל. ראשית, יובש דבק וצמיגות הם הגורמים החשובים ביותר עבור העברה מוצלחת. למרות נקודות אלה כבר כבר הודגשו שוב ושוב בטקסט, אנו חוזרים על הנקודה כאן כדי להדגיש את החשיבות. אם צמיגויות הדיו נמוכות מדי, אז זה יהיה בלתי אפשרי להדפיס חדה, צורות voxel מוגדרות היטב. סימן לכך צמיגות הדיו נמוכה מדי מתרחש כאשר מנסה כדי להוציא voxel. כאשר הדופק לייזר הוא ירה, אתvoxel יופיע להוציא לרגע, אבל הדיו ימלא מהר בחזרה לתוך החור שנותר המצע התורם. במקרה זה, המשתמש צריך להפסיק את ירי הלייזר והדיו ומחייב וזאת בהתאם לאמור ב צעדים 3.1 ו -3.2. אם צמיגויות הדיו היא גבוהות מדי, תהליך העברת voxel יופיע מוצלח על הסרט. עם זאת, כאשר בוחנים את ווקסלים על פני מצע המקלט, יהיה קריעה משמעותית, שביר, או פסולת. במקרה זה, המשתמש צריך להשליך את הסרט הנוכחי ולעשות סרט חדש כפי שמתואר אופטימיזציה סעיף 2. של צמיגות דיו ואת משך זמן ייבוש צריכה להתבצע על ידי הערכת איכות ניסיונות העברת voxel. אנחנו לא ממליצים מנסים למדוד את הצמיגות של הרסק בכל נקודה. שנית, שטף הליזר הוא חשוב כמעט כמו צמיגות דיו שינויים קטנים מאוד שטף יכול להיות השפעה משמעותית על התהליך. זה צריך להיות מאוד ברור מתי האנרגיה נמוכה מדי - voxelלא יהיה להוציא מן המצע התורם. מומלץ להתחיל עם מגוון השטף הציע בשלב 4.4, ולאחר מכן באופן הדרגתי מאוד להגדיל את הערך. האנרגיה הנמוכה ביותר שתוצאתו חילופים מלאים נקראת &quot;שטף הסף&quot;. זה בדרך כלל טוב ביותר לפעול או בסמוך שטף הסף בגלל ערכי שטף גבוהים יטו שבר או לקרוע את ווקסלים. לבסוף, בהתאם לזן של לייזר המשמשים בתהליך, יכול להיות שיש נקודות חמות בפרופיל לייזר. זה עשוי לדרוש התאמה של הצמצם לדגום באזור הומוגנית יותר של הקורה. אם את הצורה של voxel נפלט הוא מעווה או גרוע תואמת את הצורה של סעיף קורה הרוחבי, נקודות חמות ליזר או עובי שכבת דיו או אחידות יכולות להיות אחראיות. מעבר לפתרון בעיות, יש כמה מגבלות על הטכניקה. צעד ריפוי תנור הסופי עושה את זה קשה או בלתי אפשרי להשיג ווקסלים עם תכונות פעילות הרצוי על הלא-גבוה-temperature מצעים תואמים. באופן כללי, nanopaste Ag להשתמש בכתב היד הזה דורש טמפרטורת ריפוי של C ° 150 לפחות על מנת לקבל ערכי מוליכות סבירים. הייצור של שכבת הדיו על פני המצע התורם צריך להיות מותאם יותר כדי לשפר את אחידות עובי, כיסוי אזורי וזמן עיבוד. עובי שכבת הדיו יש השפעה דרמטית על שטף הסף והעביר איכות, ועובי הומוגניות יכול להפוך את תהליך ההעברה קשה, במיוחד בעת העברת ווקסלים קטן מ -20 מיקרומטר x 20 מיקרומטר. העיצוב הנוכחי עבור המצע התורם מקשה ליצור סרטים גדולים יותר 10s של סנטימטר, אשר מגביל את תפוקת שטח גדול. לפיכך, הפיתוח של עיצובי מצע תורמים חלופיים, כגון סליל ל-סליל או סיבוב דיסק, יידרש לאוטומציה משופרת ועיבוד שטח גדול יותר. כוחו של טכניקת LDT טמון היכולת להעביר נוזלים עם גבוהצמיגויות שטכניקות טיפה על פי דרישה אחרות לא יכולות להתמודד. היתרונות של LDT ניתן להפריד לשני מצבים שבהם ראשית, רסק צמיגות גבוהה הדפסה מציע שיפור איכות או להאיץ מעל הדפסת רסק צמיגות נמוכה ושנית, במצבים שבם הדפסה עם רסק צמיגות גבוה מאפשרת מבנים שאינם נגישים להדפסת צמיגות נמוכה . דוגמאות של יתרונות בקטגוריה הראשונה הן: השתנות voxel מינימאליות מתופעות הרטבה, רמה הגבוהה של שליטה על צורת voxel וגודל, התכווצות מינימאלית במהלך הריפוי, ואנרגית ליזר נמוך בהשוואה לתהליכי LIFT אחרים (ובכך מהירות העברה נמוכה). דוגמאות בקטגוריה השנייה הן: הדפסה של מבנים גבוה יחס רוחב-גובה, מבני גישור, cantilevers, וכל מבנה אחר הדורש החזקת voxel-במצב טוב. על ידי שילוב של תהליך LDT עם שבב DMD, הדפסה מקבילה של צורות ודגמים מורכבים מופעלת, אשר מאוד מזרזת את התהליך הכולל. יתר על כן, לאהוא להשתמש של DMD לעצב את ווקסלים מאפשר עיצובים להתעדכן בין פעימות לייזר, המאפשר הדפסה מהירה של ווקסלים reconfigurable דינמי. באופן כללי, את קצב הרענון של DMD (33 קילוהרץ) היא מעט איטית יותר מאשר שיעור החזרה מקסימלית של הלייזר (100 kHz ומעלה), אך שיעור גורם מגביל עבור מהירות ההדפסה הוא תרגום הבמה. השדרות העיקריות לקידום עם מערכת LDT הן בפיתוח המתמיד של מוצרים נוספים, שיפור תהליך ייצור הסרט, וממשיך סולם את התהליך באמצעות שילוב עיבוד אור דיגיטלית (DLP) טכנולוגיה כגון שבב DMD. למרות חומרים מתכתיים בידוד הועברו בהצלחה את התהליך הזה, כמה חומרים פעילים פותחו. היכולת להדפיס חומרים פיזואלקטריים, מגנטיים, או אופטו עם תהליך LDT יכול לפתוח אפשרויות טכנולוגיות עצומות. כפי שהיא עומדת, את הגיאומטריה של subst התורםמדרגיות גבולות שיעור. התפתחות סליל ל-סליל או מסתובבים מצעים תורמים דיסק תהיה לייעל את התהליכים באופן משמעותי. לבסוף, שילוב של LDT עם טכנולוגיית DLP הוא פיתוח הרסני בפוטנציה לתחום ייצור דיגיטלי, הפיכת תהליך סדרתי בעבר לתוך תהליך מקביל מאוד. אתגר מרכזי לקראת מטרה זו הוא היכולת להדפיס ווקסלים עם רזולוצית תכונה טובה בקני מידה מרובות. כלומר, ווקסלים עם ממדים לרוחב בסדר גודל של 10 שניות או 100 שניות של תכונות המכיל מיקרומטר בסדר גודל של 1-5 מיקרומטר. יחדיו, התפתחויות אלה מציעים הזדמנויות משמעותיות לייצור תוסף שטח גדול של רכיבים אלקטרוניים.

תוסף טכניקות הדפסה הן בעלות עניין רב עבור הדפוסים של חומרים תפקודיים על מגוון מצעים. &quot;ישיר לכתוב&quot; אלה כביכול תהליכים, כולל micropen 10, הרכבה ישיר לכתוב 11, הזרקת דיו 12, ולהרים 4, מתאימים גם עבור ייצור של מגוון רחב של גדלים תכונה החל מיקרון משנה macroscale 1,2 . היתרונות העיקריים של טכניקות אלה הן בעלות נמוכה, ידידותיות לסביבה, וכן אספקה ​​מהירה משלב הרעיון ועד אב טיפוס. ואכן, אב טיפוס ודגמים הוא שימוש עיקרי עבור תהליכים כאלה. החומרים נוצלו על ידי תהליכים אלה מכילים בדרך כלל השעית ננו-חלקיקים בתוך ממס, ובדרך כלל דורשים תנור ריפוי צעד אחרי בתצהיר כדי לממש נכסי הפעילות שלהן. למרות micropen והרכבה ישיר לכתוב הם פשוט יחסית ליישום, שניהם מסתמכים על איש קשר רציף נימה עם המצע המקבלבמהלך מחלק. למרות הזרקת דיו היא שיטה ישירה לכתוב פשוט, ללא מגע, זה בדרך כלל מוגבל העברת צמיגות נמוכה, השעיות nanoparticle שפיר כימי כדי למנוע סתימה ו / או קורוזיה של חרירים מהחלק. בנוסף, דפוסי הדפסה עם תכונות ומוגדרות על ידי הזרקת דיו הוא מאוד קשה בהתחשב ההתנהגות המשתנה של נוזלים על משטחים שונים וחוסר היציבות וכתוצאה מכך שלהם בשל תופעות הרטבת 13. בכל מקרה, דיו נהנה את עיקר תשומת הלב של חוקרים עד כה. LIFT, ומצד שני, הוא תהליך כתוסף ללא מגע, זרבובית-חופשית שהוא מסוגל להעביר להדביק גבוה צמיג עם קצוות מוגדרים היטב. בתהליך זה, כמויות מבוקרות של חומרים מורכבים מועברות מצע תורם (או &quot;סרט&quot;) על מצע המקבל באמצעות פולסים ליזר 4 כמוצג באופן סכמטי באיור 1. בעת שימוש הדבק צמיגות גבוהה, זה possible עבור voxel מודפס כדי להתאים את הגודל והצורה של חתך הדופק לייזר האירוע 5. תהליך זה כבר המכונה העברת מדבקת ליזר (LDT), ומציע גישה ייחודית בכתב-ישיר שבה צורת voxel וגודל הם בקלות פרמטרים לשליטה, המאפשר הדור הלא ליתוגרפיות של מבנים עבור מגוון רחב של יישומים, כגון מעגל תיקון 14, metamaterials 7, חיבורים 8, ומבנים שעמד חופשי 15. היכולת להפקיד צורות מורכבות בשלב העברה חד מקטינה באופן משמעותי את זמן העיבוד ונמנעה בעיות הקשורות למיזוג של ווקסלים מרובים, בעיה נפוצה טכניקות הדפסה הדיגיטליות ביותר. היכולת להתאים את פרופיל המרחבים דינמי של פעימות ליזר פרט 17 משמשת כדי להגדיל את מהירות הכתיבה של LDT לעומת כתיבה ישירה ליזר אחר טכניקות (LDW). כתוצאה מכך יתרונות עיבוד אלה, אנו מתייחסים לתהליך LDT כעל&quot;Parallelized חלקית&quot;, מפני שהוא מאפשר שילוב של צעדים בכתב סדרה מרובים לתוך אחד מקביל יחיד. מידת הטעינה במקביל בסופו של דבר תלויה ביכולת לשנות את פרופיל חתך לייזר במהירות, ולכן צורת voxel כתוצאה, ועל המהירות שבה את הסרט ואת המצע יכול להיות מתורגם. כדי לעזור להמחיש את התהליך, את ההתנהגות של חומר בתהליך LIFT מתואר באופן סכמטי איורי 2A, 2C, ו 2E במשך שלוש צמיגויות רסק שונות. עבור דיו צמיגות נמוכה (איור 2 א) 9, תהליך ההעברה כדלקמן jetting התנהגות, וכתוצאה מכך ההיווצרות של ווקסלים מעוגלים, חצי כדור (תרשים 2B) 18. איור 2 ג מתאר את ההעברה עבור השעיות צמיגות גבוהות מאוד, שבו voxel נפלט חווה פיצול דומה למה הוא ציין עם LIFT של כךמכסה קרמיקה שכבות 19. איור 2E מתאר את העברת LDT של nanopaste עם צמיגות מתאימה, ביניים, שבה voxel שוחרר אינו כפוף בצורת דפורמציה בשל השטח תופעות המתח מגיע המצע המקבל ללא פגע. השפעת הצמיגות על הצורה של ווקסלים הועבר מוצגת במיקרוסקופ כוח אטומי (AFM) תמונות איורי 2B, 2D, ו 2F. כפי שניתן לראות בתרשים 2F מדגים, אפשר להשיג חדה, מוגדרת היטב ווקסלים עבור בטווח המתאים של צמיגויות, בדרך כלל ~ 100 Pa · שניות Ag nanopaste 5. בסך הכל, ויש כבר כמה דיווחים על שיטות המשלבות הדפסה ללא מגע עם פוטנציאל מבנים 3D ברזולוציה מיקרון. שיטת LDT מציעה תהליך חופשי מסוגל בודת חיבורים עם יכולות מליטות מגרש אולטרה בסדר. מספר היישומים, כולל מכשירים אלקטרוניים עדינים, אלקטרוניקה אורגנית, ו מערכות מיקרו (MEMS) יכולים להפיק תועלת בתהליך כזה. כאן אנו מדגימים תהליך מגע עישון, תלת מימדי והדפסה וכן יחיד לייזר-shot, הדפסה שטח גדול (באמצעות שבב DMD) של nanopaste גבוהה צמיגות Ag.

<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

במהלך העשור האחרון, חלה התפתחות רבה של שיטות שאינן ליתוגרפיות 1-3 להדפסת דיו מתכתי או חומרים תפקודיים אחרים. רבים מהתהליכים הללו כגון הזרקת דיו 3 ו-induced לייזר קדימה העברה (LIFT) 4 הפכו יותר ויותר פופולריים כמו עניין אלקטרוניקה מודפסת דפוסים Maskless גדלה. אלה תוסף תהליכי ייצור זולים, ידידותיים לסביבה, ומתאים במיוחד אב טיפוס ודגמים, בהשוואה לטכניקות עיבוד המוליכים למחצה מסורתיות יותר. בעוד שרוב תהליכי ישיר לכתוב מתוחמים דו מימדי מבנים לא יכול להתמודד עם חומרים בעלי צמיגות גבוהה (במיוחד הזרקת דיו), LIFT יכול להתעלות גם אילוצים אם ביצע כראוי. העברת חופף של שלושה פיקסלים ממדיים (ווקסלים שנקראו), המכונים גם העברת מדבקת ליזר (LDT) 5-9, הודגמה לאחרונה עם טכניקת LIFT באמצעות nanopast Ag הצמיג מאודes לפברק חיבורים בודדים, צורות voxel מורכבות, ומבנים גבוה יחס רוחב-גובה. במאמר זה, אנחנו מדגימים תהליך פשוט אך תכליתי עבור בודה מגוון של מבנים Ag מיקרו macroscale. מבנים כוללים צורות פשוטות עבור patterning מגעים חשמליים, גישור ומבנים שלוחים, מבנים גבוה יחס רוחב-גובה, ו יחיד ירה, העברות שטח גדולות באמצעות מכשיר micromirror דיגיטלי מסחרי (DMD) שבב.

איור 3 מציג מצע תורם נציג עם באר מים במרכזו. שקופית זכוכית רגילה שמשה המצע התורם, ואת עומק הבאר במקרה זה הוא 1 מיקרומטר. שים לב כל nanopaste Ag הוא מרותק הבאר מלבני ושאר המצע נקי. כמו כן, חשוב לציין כי הצבע הוא אחיד, המציין בערך עובי הדבק אחיד. אזורים עם צבע בהיר יותר מצביעים כתמים דקים, אשר נמנעו הטובה ביותר. איור 4 מראה תמונה אופטית 20X של המצע התורם לאחר מערך 6x6 של 20 מיקרומטר x 20 מיקרומטר ווקסלים כיכר כבר נפלט. במקרה האידיאלי הזה, אין שאריות הדביקו את הפערים וכל ווקסלים סולקו לחלוטין מן הסרט. אם האנרגיה אינה מספיקה או אם יש נקודות חמות משמעותיות פרופיל הקורה, ווקסלים יהיה חלקי בלבד לניתק נשאר תקוע לצד האחורי של הסרט. ווקסלים נפלטו מן הרשותSTES עם ניתן למצוא צמיגויות שונות באיור 5 9. כאשר צמיגות הדבק היא נמוכה, כלומר, לא כבר יבש מספיק, מתח פנים יגרמו ווקסלים להיות מעוגל יותר, לאבד את צורתו המקורית שלהם (כפי שניתן לראות באיור 5 א &#39;וב&#39; ). שים לב איך את הצורות של ווקסלים באיור 5B שונות מן צורות הקרן (מוצג ההבלעה של איור 5 ב). מצד קיצוני, כאשר צמיגות הדבק היא גבוהה, כלומר, כבר מעל המיובש, יש ווקסלים נטייה שברה כאשר נפלט כפי שניתן לראות באיור 5 ג ו-ד &#39;. לפיכך, קיים מגוון צמיגות ביניים המאפשר העברה ווקסלים unfractured כי לשמור על הצורה של פרופיל הקרן כפי שניתן לראות באיור 5E ו F. אנו מדגימים שני סוגים של שרשרות voxel המהווים קווים מוליכי ארוכים. הראשונה הייתה שרשרת מקצה לקצה פשוט which 40 x 60 מיקרומטר 2 ווקסלים הועברו סמוכים זה לזה (איור 6 א &#39;וב&#39;) 20. באופן כללי, שיטת קישור זה הייתה לא אמין במקצת, עם ממשקים שבורים באופן חלקי או מוחלט להופיע לאחר תרופה רכה ב 100 מעלות צלזיוס (כפי שניתן לראות באיור 6 ב). השיטה השנייה השתמשה מחורצים, שלובים ווקסלים העבירו מקצה לקצה (איור 6 ג ו-ד). הקווים המקווקווים באיור 6C לשרטט את הצורה המקורית של ווקסלים, כמו האיכות הגבוהה של הממשק מקשה ויזואלית לפתור את צורות פרט. השפעה זו היא ברורה מאוד באיור 6D, שם בתפר שבין ווקסלים הוא כמעט בלתי נראה. הגיאומטריה מחורצים הייתה יותר אמינה יותר מאשר בסוף לקצה פשוט, עם כמעט כל ממשקים הנותרים רציפים אחרי תרופת C 100 °. איור 7 מדגי גיאומטריות ערמה שונות, דפוסי ההיבט ratios. בודדvoxel חוצה 100 מיקרומטר תעלת Si רחבה ניתן למצוא באיור 7 א. קבלת הצמיגות הנכונה היא בעלת החשיבות העליונה לגישור או יישומים בודדים כדי למנוע voxel מ נפל או עומדות הגיאומטריה של מצע המקלט. ניתן לראות קומפלקס, מבנים רב שכבתיים באיור 7B-D, כולל שתי פירמידות מוערמים עמודי מיקרו יחס גבוה היבט. גיאומטריות אלה חשובות עבור יישומים הדורשים חיבורים אנכיים פורשים. לבסוף, איור 8A מראה התקנה אופטית חלופית אשר משתמשת בשבב DMD מסחרי, המכונה &quot;מכשיר מראה דיגיטלי&quot; בתרשים. כפי שתואר בשלב 6, גדול, ניתן לטעון תמונות מורכבות למחשב והועברו עם דופק לייזר יחיד. לוגו NRL מודפס בהצלחה ניתן למצוא באיור 8B. נציין כי עם ירייה אחת, אנחנו יכולים להעביר מבנה רסק עם אורך של 1 מ&quot;מ ו תכונה resolution של ~ 20 מיקרומטר. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/53728/53728fig1.jpg" /> איור 1. תרשים סכמטי של התקנת LDT. ראוי לציין, כי צורת voxel נקבעת על ידי צורת הקרן חתכה רק עבור דיו גבוה צמיג. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53728/53728fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/53728/53728fig2.jpg" /> איור 2. פליטה voxel סכמטי בתרשים. דיאגרמות להמחיש האבולוציה של העברה (א) צמיגות נמוכה, (C) צמיגות גבוהה, ו (ה) צמיגות ביניים. מגרשי AFM של ווקסלים כתוצאה ניתנים (B), (ד) ו- (ו), בהתאמה. דמות זו שונתה<html> מ [9]. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53728/53728fig2large.jpg" target="_blank">נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/53728/53728fig3.jpg" /> תמונת איור 3. של מצע תורם Ag nanopaste. המצע עצמו הוא זכוכית שקופית עם מיקרומטר 1 עמוק גומה במרכז. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53728/53728fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/53728/53728fig4.jpg" /> איור 4. 20X תמונה אופטית של שכבת הממרח על הסרט (המצע התורם) לאחר העברת voxel. שארפ, קצוות מוגדרים היטב וחוסר השאריות מצביעים ייבוש דבק מספיק העברה מלאה של חומר מהסרט.<html> jove.com/files/ftp_upload/53728/53728fig4large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="איור 5" src="/files/ftp_upload/53728/53728fig5.jpg" /> איור 5. במיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) תמונות של כמה ווקסלים שונים. פרופילים Beam מתוארים הבלעה (ב). שלוש צורות voxel שונות הודפסו מן הצמיגות נמוכה (A, B), צמיגות גבוהה (C, D), ואת צמיגות ביניים (E, F). שים לב צמיגות נמוכה מובילה לאובדן של חדות צורת voxel בעוד צמיגות גבוהה מובילה שביר voxel. נתון זה יש הבדל בין [9]. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53728/53728fig5large.jpg" target="_blank">נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> ther.within-page = &quot;1&quot;&gt; <img alt="איור 6" src="/files/ftp_upload/53728/53728fig6.jpg" /> . איור 6. תמונות SEM של רשתות voxel סיאמיות שתי גיאומטריות מקשרות מתוארות: פשוט מקצה לקצה (A, B) ו מחורצים-שלובים (C, D). באופן כללי, מחורצים-שלובים גיאומטריים נמצאים להיות אמין יותר בעוד מקצה לקצה פשוט יש נטייה להיסדק עקב הצטמקות במהלך שלבי התנור. נתון זה יש הבדל בין [20]. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53728/53728fig6large.jpg" target="_blank">נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 7" src="/files/ftp_upload/53728/53728fig7.jpg" /> . תמונות איור 7. SEM של מבני voxel מורכבים מרובים גיאומטריות כוללות: voxel מלבני מגשר על פני 100 מיקרומטר תעלה רחבה (א), של multilayer<html> caffold (B), פירמידת יחס ממדים גבוהים (C), וכמה עמודי מייקרו יחס גבוה היבט (D). נתון זה יש הבדל בין [8]. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53728/53728fig7large.jpg" target="_blank">נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="הספרה 8" src="/files/ftp_upload/53728/53728fig8.jpg" /> איור 8. דיאגרמת ותוצאות סכמטי של LDT באמצעות שבב DMD. בתרשים סכמטי (א), את הצמצם לייזר הוחלף עם שבב DMD, שהוא בראש אסיפה גדולה של מראות מיקרו. דפוס מקובץ תמונה ניתן הדמיה בנאמנות על גבי המצע התורם, ולהוציא העתק מדויק של הדפוס של ווקסלים ב ירייה אחת. כדוגמא, לוגו NRL (B) הועבר על ידי זריקת ליזר יחידה.ig8large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

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.

העברה קדימה-induced לייזר של Ag Nanopaste

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

Research

JoVE Journal

Engineering

11.3K Views.  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.

Video: 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.

שיטה לפברק ננו כסף המנותק ב-3D

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

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.

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.

ניצול של ננו גבישים פוטוניים Plasmonic ו מניפולציה מיקרו ו Nanoparticle משופרת

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

Bioengineering

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.

העברה קדימה מושרה לייזר לאריזת Flip-שבב של מבלטים יחיד

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.

פינת שינוי סלקטיבית של יכולת רטיבות משטח סיליקון על ידי פעמו UV לייזר הקרנה בסביבה נוזלית

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.

שילוב של אור ננו-מבני כסף השמנה בתאים סולריים המוקשה Microcrystalline הסיליקון ידי העברת הדפסה

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.

השמנת Plasmonic ושחרור של חלקיקים בסביבת ניטור

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.

ייצור של חלקיקי מתכת על ידי פעימה לייזר ablation בנוזלים: כלי לחקר מאפיינים אנטיבקטריאליים של חלקיקים

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

סינתזה של ננו-חלקיקים וננו-מבנים באמצעות אבלציה בלייזר

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.

מחבר זרקור: התקדמות ויישומים בסינתזת ננו-חלקיקים באמצעות אבלציה בלייזר בנוזלים 

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.

ננו-חלקיקים וננו-מבנים מהירים במיוחד בלייזר עבור יישומי חישה מבוססי פיזור ראמאן משופרים בפני השטח

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

העברה קדימה-induced לייזר של Ag Nanopaste

Summary

Explore More Videos

שיטה לפברק ננו כסף המנותק ב-3D

Evaluating Plasmonic Transport in Current-carrying Silver Nanowires

ניצול של ננו גבישים פוטוניים Plasmonic ו מניפולציה מיקרו ו Nanoparticle משופרת

העברה קדימה מושרה לייזר לאריזת Flip-שבב של מבלטים יחיד

פינת שינוי סלקטיבית של יכולת רטיבות משטח סיליקון על ידי פעמו UV לייזר הקרנה בסביבה נוזלית

שילוב של אור ננו-מבני כסף השמנה בתאים סולריים המוקשה Microcrystalline הסיליקון ידי העברת הדפסה

השמנת Plasmonic ושחרור של חלקיקים בסביבת ניטור

ייצור של חלקיקי מתכת על ידי פעימה לייזר ablation בנוזלים: כלי לחקר מאפיינים אנטיבקטריאליים של חלקיקים

ננו-חלקיקים וננו-מבנים מהירים במיוחד בלייזר עבור יישומי חישה מבוססי פיזור ראמאן משופרים בפני השטח

ננו-חלקיקים וננו-מבנים מהירים במיוחד בלייזר עבור יישומי חישה מבוססי פיזור ראמאן משופרים בפני השטח