Stampa 3D di una serie di Nanoantenne per metasuperfici ottiche

Jithin Prabha della Purdue University esplora i processi AM utilizzando la polimerizzazione a 2 fotoni, utile per una varietà di applicazioni come l’ottica, insieme a metamateriali e superfici, microfluidica, ingegneria tissutale e bioprinting e ulteriore esplorazione di metodi innovativi per somministrare farmaci. Prabha delinea il suo lavoro in ” Stampa 3D di Nanoantenna Arrays per Optical Metasurfaces “, discutendo su come le nanostrutture possono essere fabbricate in quella che potrebbe essere definita “vera stampa 3D”.

In questo studio, Prabha impiega la fabbricazione di 2 fotoni per realizzare una metasurface stampata tramite array di antenne diabolo su un substrato di vetro, quindi rivestita in oro. Mentre la microfabbricazione può essere eseguita in numerosi modi, Prabha sottolinea che l’assorbimento multifotone è superiore grazie alla capacità di stampare tridimensionali geometrie complesse con un solo raggio laser.

“Il processo può essere considerato come la vera stampa 3D in quanto la struttura può essere formata in modo veramente tridimensionale con la scansione 3D del punto focale rispetto ad altri metodi di produzione additiva che vengono fatti strato per strato”, afferma Prabha. “La fotopolimerizzazione a radicali liberi basata sull’assorbimento di due fotoni è ciò che consente questa straordinaria impresa. L’assorbimento di due fotoni è l’assorbimento simultaneo di due fotoni per aumentare il livello di energia di una molecola da uno stato a uno stato eccitato superiore. “

Un laser a femtosecondi da 800 nm è stato utilizzato per creare gli array nanoantenna, che sono stati conseguentemente studiati utilizzando un microscopio a scansione elettronica e uno spettrometro a infrarossi a trasformata di Fourier (FTIR).

“Per strutture che sono molto piccole e vengono stampate con una risoluzione più elevata aggiungendo il quencher, lo stile convenzionale di affettatura spiegato sopra porta alla struttura che è più spessa ai bordi e non liscia sulla parte superiore. Per strutture come le antenne nano come l’antenna diabolo è stato ideato un nuovo tipo di metodo di scansione chiamato overscanizzazione “, afferma Prabha.

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Nell’uso di questo metodo, le antenne sono state progettate in Autodesk Inventor e quindi suddivise in strati utilizzando slic3r . La matrice di antenne è stata stampata a 40 × 40 μm o 50 × 50 μm su un substrato di copertura di vetro, rivestita con oro di 55 nm di spessore mediante evaporazione a fascio di raggi. Parametri di ottimizzazione vari inclusi:
Altezza della struttura
Periodicità in xey
Bowtie lunghezza e larghezza
Lunghezza e larghezza del collo
Spessore del rivestimento in oro

“I parametri dell’antenna sono ottimizzati mediante simulazioni e gli effetti della variazione dei parametri critici sono mostrati nei grafici e viene calcolata una riflessione zero alla condizione di risonanza di 4,04 μm. L’assorbanza è calcolata usando l’equazione volumetrica della densità di perdita “, ha concluso l’autore. “L’assorbimento nell’antenna e nel polimero è trascurabile e l’assorbimento nei picchi di apertura al 50% in condizioni di risonanza. Il diagramma di trasmittanza mostra che c’è un picco di trasmittanza vicino al dip riflettente alla risonanza e ~ 50% della luce viene trasmessa alla risonanza. Gli esperimenti FTIR mostrano un calo di dipendenza da polarizzazione al 40% a una lunghezza d’onda di 6,6 μm. Questo cambiamento di posizione del dip e del dip potrebbe essere dovuto a errori nella fabbricazione come piccole variazioni nelle dimensioni e nelle posizioni dell’antenna l’una rispetto all’altra.

“Il metodo di fabbricazione discusso in questo lavoro che comprende due fotoni di stampa e l’evaporazione del fascio di luce è un modo praticabile per la stampa di nanoantenne. Geometrie 3D più complicate per antenne possono essere facilmente trasformate in questo metodo poiché il primo passo è un processo di stampa 3D. “

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