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標題: 印在光纖尖端上的奈米級成像探針
日期: 2017/08/16
內容:
研究人員開發了一種將奈米成像探針印到像頭髮厚度的玻璃纖維的方法,除了精確度高之外,儀器的生產時間也從幾個月降低到只需幾天。
大量製造的技術為此奈米探針及其他奈米光學儀器開啟了廣泛應用的大門。奈米光學儀器能以傳統光學儀器無法達成的形式聚集和操縱光線。奈米光學有潛力用於成像、感測和光譜儀器,進而能幫助科學家改善太陽能電池、設計更好的藥物或是製造更快速的半導體,但製程耗時為其作為商業用途的絆腳石。
此新製造技術,纖維奈米壓印技術找到了解決問題的方法,由位於加利福尼亞州海沃德的aBeam Technologies(Hayward, California)和Energy’s Lawrence Berkeley National Laboratory(Berkeley Lab)的研究群合作開發。於2017/5/10登在“Scientific Reports”(“由奈米壓印微影在光纖面上製造的鐘樓型(Campanile)(註一)近場探針”)


(圖片:Berkeley Lab)
印在光纖上的金字塔形的鐘樓型奈米探針
纖維奈米壓印的新工藝技術加速了奈米光學器件的製造,例如印在光纖上的金字塔形鐘樓探針(以掃描式電子顯微鏡拍攝)。金在刻印後鍍於兩側。頂部的間隙為70奈米寬。

註一:鐘樓型探針形狀如金字塔,頂端的間隙為70奈米。(Credit: Calafiore et al., 2017)
Calafiore等人以分子加工(Molecular Foundry)科學家於四年前開發的鐘樓型探針為基礎,開發此新型探針,以其四面體形狀類似於加州大學伯克利分校校園鐘樓的頂端而命名。探針被裝在光纖的尾端,並將光束集中到小於當前光學儀器聚焦極限的光點上,因而能以比傳統光譜法大100倍的解析度進行光譜成像,傳統光譜法只能以材料的平均化學成分製圖。
相比之下,鐘樓型探頭可以對奈米粒子和其他材料的分子構成製圖。科學家也可以使用它來檢查奈米線的微小缺陷,進而改進用於高效能太陽能電池的奈米線。
製作鐘樓形探針可分為科學和藝術兩部分,同樣適用於其他奈米光學儀器,例如顯微透鏡和光束分束器。這些儀器需要在纖維束尖端上磨出小於100奈米的3-D型狀,比在晶圓上製造奈米結構要困難得多。
分子加工廠奈米加工儀器總監Stefano Cabrini說“當我們第一次做鐘樓型探針時,我們用離子束雕刻它如同米開朗基羅一般,大約耗時一個月。此製程速度應用在研究還可以,但缺乏大量製造方法一直限制奈米光學儀器的廣泛應用。”
這也說明為何纖維奈米壓印技術有應用的潛力。首先,科學家需為需要打印的奈米光學儀器製出一個尺寸精確的模具。對鐘樓型探針而言,意味著需要探針奈米尺度的模具,包括金字塔的四面和可在頂部發光的70奈米寬的間隙。
aBeam技術公司的Keiko Munechika解釋說“製這個模具可能需要幾個星期的時間,但我們只需要一個,然後我們就可以開始印刷。”
模具完成後,後續製程就比較容易。先在模具中填充特殊樹脂,然後放置在光纖上。先於光纖上傳遞紅外光來測量校準模具與光纖的位置。位置確認後,再通過纖維發送紫外光,使樹脂硬化。最後的金屬化步驟用金鍍於探針的兩側。結果為一個快速列印的過程,而非需精心雕刻才能製成的鐘樓型探針。
Munechika說:“我們可以重覆這樣的製程,在數分鐘內就能製造一根探針。”
快速生產的優點如下:由於鐘樓探頭是比較脆弱常需更換,現在可以給研究人員一批探針,以便於斷裂時更換。此外,可以根據科學家使用對此技術的回饋意見,輕易地優化奈米光學儀器。此技術也適用於製造於任何奈米光學儀器,迄今除了鐘樓型探針之外,它還被用於製造菲涅爾透鏡(Fresnel lenses)和光束分束器。
參考網址: http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=46642.php

 

網頁更新日期:2016/06/15