Mesoporösa kisel -nanotrådar skannades av en fokuserad laserstråle i två olika mönster, avbildat med ljusfält optiskt mikroskop, enligt (a) och (c), samt fluorescensmikroskopi, som avbildas av (b) och (d). Tydligen, bilderna gömda i rutor som visas i (a) och (c) avslöjas tydligt under fluorescensmikroskopi. Kredit:National University of Singapore
Genom att 'rita' mikropönster på nanomaterial med en fokuserad laserstråle, forskare kan ändra egenskaper hos nanomaterial för effektiva tillämpningar i fotoniska och optoelektriska applikationer
Utmaningarna som forskare står inför när det gäller att ändra egenskaper hos nanomaterial för användning i enheter kan hanteras med en enkel teknik, tack vare nyskapande innovativa studier utförda av forskare från National University of Singapore (NUS).
Genom att använda en enkel, effektiv och billig teknik som involverar en fokuserad laserstråle, två NUS -forskargrupper, ledd av professor Sow Chorng Haur från Institutionen för fysik vid NUS naturvetenskapliga fakulteten, visat att egenskaperna hos två olika typer av material kan kontrolleras och modifieras, och följaktligen, deras funktioner kan förbättras.
Sa prof Sow, "I vår barndom, de flesta av oss kommer sannolikt att ha erfarenhet av att ta ett förstoringsglas utomhus en solig dag och försökte fokusera solljuset på ett papper för att bränna papperet. Ett så enkelt tillvägagångssätt visar sig vara ett mycket mångsidigt verktyg inom forskning. Istället för att fokusera solljus, Vi kan fokusera laserstrålen på en mängd olika nanomaterial och studera effekterna av den fokuserade laserstrålen på dessa material. "
Micropatterns 'ritade' på MoS2 -filmer kan förbättra elektrisk konduktivitet och fotokonduktivitet
Molybden -disulfid (MoS2), en klass av övergångsmetalldikalkogenidförening, har väckt stor uppmärksamhet som ett framväxande tvådimensionellt (2D) material på grund av ett stort erkännande av dess potential inom och optoelektronik. En av de många fascinerande egenskaperna hos 2D MoS2 -film är att dess egenskaper beror på filmens tjocklek. Dessutom, dess egenskaper kan modifieras när filmen har modifierats kemiskt. Därför är en av utmaningarna inom detta område förmågan att skapa mikrodon av MoS2 -filmen som består av komponenter med olika tjocklek eller kemisk karaktär.
För att hantera denna tekniska utmaning, Prof Sow, Dr Lu Junpeng, en postdoktor från Institutionen för fysik vid NUS naturvetenskapliga fakulteten, och deras teammedlemmar, använde en optisk mikroskopfokuserad laserstråleinställning för att 'rita' mikropönster direkt på MoS2-filmer med stora ytor samt för att tunna filmerna.
Dr Lu Junpeng (vänster) och professor Sow Chorng Haur (höger) från fysiska institutionen vid NUS naturvetenskapliga fakulteten arbetar med den skräddarsydda fokuserade lasermaskinen. Kredit:National University of Singapore
Med detta enkla och billiga tillvägagångssätt, forskarna kunde använda den fokuserade laserstrålen för att selektivt "rita" mönster på valfri region i filmen för att ändra egenskaperna för det önskade området, till skillnad från andra nuvarande metoder där hela filmen modifieras.
Intressant, de fann också att den elektriska konduktiviteten och fotokonduktiviteten hos det modifierade materialet hade ökat med mer än 10 gånger respektive cirka fem gånger. Forskargruppen tillverkade en fotodetektor med lasermodifierad MoS2 -film och visade överlägsen prestanda för MoS2 för sådan applikation.
Denna innovation publicerades först online i tidningen ACS Nano den 24 maj 2014.
Dolda bilder 'ritade' av fokuserad laserstråle på kisel -nanotrådar kan förbättra optiska funktioner
I en relaterad studie publicerad i tidskriften Vetenskapliga rapporter den 13 maj 2014, Prof Sow ledde ett annat team av forskare från NUS naturvetenskapliga fakulteten, i samarbete med forskare från Hong Kong Baptist University, för att undersöka hur 'ritning' av mikronmönster på mesoporösa kisel -nanotrådar kan förändra nanotrådarnas egenskaper och främja deras tillämpningar.
Teamet skannade snabbt in en fokuserad laserstråle på en rad mesoporösa kisel -nanotrådar, som är tätt packade som de tätt vävda trådarna på en matta. De fann att den fokuserade laserstrålen kunde ändra de optiska egenskaperna hos nanotrådarna, får dem att avge grönblå fluorescensljus. Detta är den första observationen av ett sådant lasermodifierat beteende från de mesoporösa kisel-nanotrådarna som ska rapporteras.
Forskarna studerade systematiskt den laserinducerade modifieringen för att få insikter om att etablera kontroll över de optiska egenskaperna hos de mesoporösa kisel-nanotrådarna. Deras förståelse gjorde det möjligt för dem att "rita" en mängd olika mikropönster med olika optiska funktioner med hjälp av den fokuserade laserstrålen.
För att sätta sina resultat på prov, forskarna konstruerade de funktionella komponenterna i nanotrådarna med intressanta tillämpningar. Forskargruppen visade att mikropönstren som skapats med låg lasereffekt är osynliga under optiskt mikroskop med ljusfält, men blir uppenbara under fluorescensmikroskop, vilket indikerar genomförbarheten av dolda bilder.
Vidare forskning
Det snabbt växande området elektronik och optoelektronik kräver exakt materialavsättning med applikationsspecifik optisk, elektrisk, kemisk, och mekaniska egenskaper.
Att utveckla material med egenskaper som kan tillgodose industrins krav, Prof Sow, tillsammans med hans forskargrupp, kommer att utöka den mångsidiga fokuserade laserstråltekniken till fler nanomaterial. Dessutom, de kommer att undersöka ytterligare förbättring av egenskaperna hos MoS2 och mesoporöst kisel med olika tekniker.