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>

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	<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. 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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 border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1206">
	<tbody>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:248px;">Silver Nano-paste for Screen Printing</td>
			<td style="width:171px;">Harima Chemicals Group, http://www.harima.co.jp/en/</td>
			<td style="width:119px;">NPS Type HP</td>
			<td style="width:669px;">Store at 10 C, do not allow to freeze; before using, wait 1 hour for paste to reach room temperature</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:248px;">Buffered HF Solution</td>
			<td style="width:171px;">http://transene.com/sio2/</td>
			<td style="width:119px;">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/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/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/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/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/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/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.

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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

Research

JoVE Journal

Engineering

11.2K 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.

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Measurement and Analysis of Atomic Hydrogen and Diatomic Molecular AlO, C2, CN, and TiO Spectra Following Laser-induced Optical Breakdown

In this work, we present time-resolved measurements of atomic and diatomic spectra following laser-induced optical breakdown. A typical LIBS arrangement is used. Here we operate a Nd:YAG laser at a frequency of 10 Hz at the fundamental wavelength of 1,064 nm. The 14 nsec pulses with anenergy of 190 mJ/pulse are focused to a 50 &#181;m spot size to generate a plasma from optical breakdown or laser ablation in air. The microplasma is imaged onto the entrance slit of a 0.6 m spectrometer, and spectra are recorded using an 1,800 grooves/mm grating an intensified linear diode array and optical multichannel analyzer (OMA) or an ICCD. Of interest are Stark-broadened atomic lines of the hydrogen Balmer series to infer electron density. We also elaborate on temperature measurements from diatomic emission spectra of aluminum monoxide (AlO), carbon (C2), cyanogen (CN), and titanium monoxide (TiO).
The experimental procedures include wavelength and sensitivity calibrations. Analysis of the recorded molecular spectra is accomplished by the fitting of data with tabulated line strengths. Furthermore, Monte-Carlo type simulations are performed to estimate the error margins. Time-resolved measurements are essential for the transient plasma commonly encountered in LIBS.

Measurement and Analysis of Atomic Hydrogen and Diatomic Molecular AlO, C2, CN, and TiO Spectra Following Laser-induced Optical Breakdown

Time-resolved atomic and diatomic molecular species are measured using LIBS. The spectra are collected at various time delays following the generation of optical breakdown plasma with Nd:YAG laser radiation&#160;and are analyzed to infer electron density and temperature.

Medição e Análise de hidrogênio atômico e Diatomic AlO Molecular, C<sub&gt; 2</sub&gt;, CN, e TiO Spectra Following induzida por laser Breakdown Optical

In this work, we present time-resolved measurements of atomic and diatomic spectra following laser-induced optical breakdown. A typical LIBS arrangement ...

Engenharia

Laser-induced Breakdown Spectroscopy: A New Approach for Nanoparticle's Mapping and Quantification in Organ Tissue

Emission spectroscopy of laser-induced plasma was applied to elemental analysis of biological samples. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) performed on thin sections of rodent tissues: kidneys and tumor, allows the detection of inorganic elements such as (i) Na, Ca, Cu, Mg, P, and Fe, naturally present in the body and (ii) Si and Gd, detected after the injection of gadolinium-based nanoparticles. The animals were euthanized 1&#160;to 24 hr&#160;after intravenous injection of particles. A two-dimensional scan of the sample, performed using a motorized micrometric 3D-stage, allowed the infrared laser beam exploring the surface with a lateral resolution less than 100 &#956;m. Quantitative chemical images of Gd element inside the organ were obtained with sub-mM sensitivity. LIBS offers a simple and robust method to study the distribution of inorganic materials without any specific labeling. Moreover, the compatibility of the setup with standard optical microscopy emphasizes its potential to provide multiple images of the same biological tissue with different types of response:&#160;elemental, molecular, or cellular.

Laser-induced breakdown spectroscopy performed on thin organ and tumor tissue successfully detected natural elements and artificially injected gadolinium (Gd), issued from Gd-based nanoparticles. Images of chemical elements reached a resolution of 100 &#956;m and quantitative sub-mM sensitivity. The compatibility of the setup with standard optical microscopy emphasizes its potential to provide multiple images of a same biological tissue.

Induzida por laser Breakdown Spectroscopy: Uma Nova Abordagem para Mapeamento e Quantificação de nanopartículas em Organ Tissue

Emission spectroscopy of laser-induced plasma was applied to elemental analysis of biological samples. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) ...

Preparation and Use of Photocatalytically Active Segmented Ag|ZnO and Coaxial TiO2-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition

Photocatalytically active nanostructures require a large specific surface area with the presence of many catalytically active sites for the oxidation and reduction half reactions, and fast electron (hole) diffusion and charge separation. Nanowires present suitable architectures to meet these requirements. Axially segmented Ag|ZnO and radially segmented (coaxial) TiO2-Ag nanowires with a diameter of 200 nm and a length of 6-20 &#181;m were made by templated electrodeposition within the pores of polycarbonate track-etched (PCTE) or anodized aluminum oxide (AAO) membranes, respectively. In the photocatalytic experiments, the ZnO and TiO2 phases acted as photoanodes, and Ag as cathode. No external circuit is needed to connect both electrodes, which is a key advantage over conventional photo-electrochemical cells. For making segmented Ag|ZnO nanowires, the Ag salt electrolyte was replaced after formation of the Ag segment to form a ZnO segment attached to the Ag segment. For making coaxial TiO2-Ag nanowires, a TiO2 gel was first formed by the electrochemically induced sol-gel method. Drying and thermal annealing of the as-formed TiO2 gel resulted in the formation of crystalline TiO2 nanotubes. A subsequent Ag electrodeposition step inside the TiO2 nanotubes resulted in formation of coaxial TiO2-Ag nanowires. Due to the combination of an n-type semiconductor (ZnO or TiO2) and a metal (Ag) within the same nanowire, a Schottky barrier was created at the interface between the phases. To demonstrate the photocatalytic activity of these nanowires, the Ag|ZnO nanowires were used in a photocatalytic experiment in which H2 gas was detected upon UV illumination of the nanowires dispersed in a methanol/water mixture. After 17 min&#160;of illumination, approximately 0.2 vol% H2 gas was detected from a suspension of ~0.1 g of Ag|ZnO nanowires in a 50 ml 80 vol% aqueous methanol solution.

Preparation and Use of Photocatalytically Active Segmented Ag|ZnO and Coaxial TiO2-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition

Procedures are outlined to prepare segmented and coaxial nanowires via templated electrodeposition in nanopores. As examples, segmented nanowires consisting of Ag and ZnO segments, and coaxial nanowires consisting of a TiO2 shell and a Ag core were made. The nanowires were used in photocatalytic hydrogen formation experiments.

Preparação e Utilização de fotocataliticamente atividade segmentada Ag | ZnO e Coaxial TiO<sub&gt; 2</sub&gt;-AG nanofios feitos por Templated Electrodeposition

Photocatalytically active nanostructures require a large specific surface area with the presence of many catalytically active sites for the oxidation and ...

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 ...

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 ...

Nanostructured Ag-zeolite Composites as Luminescence-based Humidity Sensors

Small silver clusters confined inside zeolite matrices have recently emerged as a novel type of highly luminescent materials. Their emission has high external quantum efficiencies (EQE) and spans the whole visible spectrum. It has been recently reported that the UV excited luminescence of partially Li-exchanged sodium Linde type A zeolites [LTA(Na)] containing luminescent silver clusters can be controlled by adjusting the water content of the zeolite. These samples showed a dynamic change in their emission color from blue to green and yellow upon an increase of the hydration level of the zeolite, showing the great potential that these materials can have as luminescence-based humidity sensors at the macro and micro scale. Here, we describe the detailed procedure to fabricate a humidity sensor prototype using silver-exchanged zeolite composites. The sensor is produced by suspending the luminescent Ag-zeolites in an aqueous solution of polyethylenimine (PEI) to subsequently deposit a film of the material onto a quartz plate. The coated plate is subjected to several hydration/dehydration cycles to show the functionality of the sensing film.

A protocol for the synthesis of moisture-responsive luminescent Ag-zeolite composites is described in this report.

Composites nanoestruturado Ag-zeólita como sensores de umidade à base de luminescência

Small silver clusters confined inside zeolite matrices have recently emerged as a novel type of highly luminescent materials. Their emission has high ...

Ice Generation and the Heat and Mass Transfer Phenomena of Introducing Water to a Cold Bath of Brine

We demonstrate a method for the study of the heat and mass transfer and of the freezing phenomena in a subcooled brine environment. Our experiment showed that, under the proper conditions, ice can be produced when water is introduced to a bath of cold brine. To make ice form, in addition to having the brine and water mix, the rate of heat transfer must bypass that of mass transfer. When water is introduced in the form of tiny droplets to the brine surface, the mode of heat and mass transfer is by diffusion. The buoyancy stops water from mixing with the brine underneath, but as the ice grows thicker, it slows down the rate of heat transfer, making ice more difficult to grow as a result. When water is introduced inside the brine in the form of a flow, a number of factors are found to influence how much ice can form. Brine temperature and concentration, which are the driving forces of heat and mass transfer, respectively, can affect the water-to-ice conversion ratio; lower bath temperatures and brine concentrations encourage more ice to form. The flow rheology, which can directly affect both the heat and mass transfer coefficients, is also a key factor. In addition, the flow rheology changes the area of contact of the flow with the bulk fluid.

Here, we present a protocol to demonstrate the generation of ice when water is introduced to a cold bath of brine, as a secondary refrigerant, at a range of temperatures well below the freezing point of water. It can be used as an alternative way of producing ice for industry.

Geração de gelo e de Transferência de Calor e Massa Fenômenos de introdução de água para um banho frio de salmoura

We demonstrate a method for the study of the heat and mass transfer and of the freezing phenomena in a subcooled brine environment. Our experiment showed ...

Fabrication of 1-D Photonic Crystal Cavity on a Nanofiber Using Femtosecond Laser-induced Ablation

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using femtosecond laser-induced ablation. We show that thousands of periodic nano-craters are fabricated on an optical nanofiber by irradiating with just a single femtosecond laser pulse. For a typical sample, periodic nano-craters with a period of 350 nm and with diameter gradually varying from 50 - 250 nm over a length of 1 mm are fabricated on a nanofiber with diameter around 450 - 550 nm. A key aspect of such a nanofabrication is that the nanofiber itself acts as a cylindrical lens and focuses the femtosecond laser beam on its shadow surface. Moreover, the single-shot fabrication makes it immune to mechanical instabilities and other fabrication imperfections. Such periodic nano-craters on nanofiber, act as a 1-D PhC and enable strong and broadband reflection while maintaining the high transmission out of the stopband. We also present a method to control the profile of the nano-crater array to fabricate apodized and defect-induced PhC cavities on the nanofiber. The strong confinement of the field, both transverse and longitudinal, in the nanofiber-based PhC cavities and the efficient integration to the fiber networks, may open new possibilities for nanophotonic applications and quantum information science.

We present a protocol for fabricating 1-D photonic crystal cavities on subwavelength diameter silica fibers (optical nanofibers) using femtosecond laser-induced ablation.

Fabricação de 1-D cristal fotônico cavidade em um nanofibras com ablação induzida por laser femtosegundo

We present a protocol for fabricating 1-D Photonic Crystal (PhC) cavities on subwavelength-diameter tapered optical fibers, optical nanofibers, using ...

Pool-Boiling Heat-Transfer Enhancement on Cylindrical Surfaces with Hybrid Wettable Patterns

In this study, pool-boiling heat-transfer experiments were performed to investigate the effect of the number of interlines and the orientation of the hybrid wettable pattern. Hybrid wettable patterns were produced by coating superhydrophilic SiO2 on a masked, hydrophobic, cylindrical copper surface. Using de-ionized (DI) water as the working fluid, pool-boiling heat-transfer studies were conducted on the different surface-treated copper cylinders of a 25-mm diameter and a 40-mm length. The experimental results showed that the number of interlines and the orientation of the hybrid wettable pattern influenced the wall superheat and the HTC. By increasing the number of interlines, the HTC was enhanced when compared to the plain surface. Images obtained from the charge-coupled device (CCD) camera indicated that more bubbles formed on the interlines as compared to other parts. The hybrid wettable pattern with the lowermost section being hydrophobic gave the best heat-transfer coefficient (HTC). The experimental results indicated that the bubble dynamics of the surface is an important factor that determines the nucleate boiling.

Pool-boiling heat-transfer experiments were carried out to observe the effects of hybrid wettable patterns on the heat-transfer coefficient (HTC). The parameters of investigation are the number of interlines and the pattern orientation of the modified wettable surface.

Enhancement Pool-ebulição de transferência de calor em cilíndricos Superfícies com padrões molháveis ​​híbridos

In this study, pool-boiling heat-transfer experiments were performed to investigate the effect of the number of interlines and the orientation of the ...

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light scattering from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles. This protocol describes the SLSP platform and how it employs a 360&#176; rotational photodetector sensor that is scanned around an IOL sample while recording the intensity and location of scattered light as it passes through the IOL medium. The SLSP platform can be used to predict, non-clinically, the propensity for current and novel IOL designs and materials to induce light scatter. Non-clinical evaluation of light scattering properties of IOLs can significantly reduce the number of patient complaints related to unwanted glare, glistening, optical defects, poor image quality, and other phenomena associated with the unintended light scattering. Future studies should be conducted to correlate SLSP data with clinical results to help identify which measured light scatter is most problematic for patients that have undergone cataract surgery subsequent to IOL implantation.

Scanning Light Scattering Profiler SLPS Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

This protocol describes the scanning light scattering profiler (SLSP) that enables the full-angle quantitative evaluation of forward and backward scattering of light from intraocular lenses (IOLs) using goniophotometer principles.

Metodologia baseada em Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) para avaliar quantitativamente a dispersão de luz para frente e para trás a partir de lentes intraoculares

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light ...