Colloidal crystal formation by employing optical vortex laser-induced forward transfer

利用光学涡旋激光诱导前向转移形成胶体晶体

• 批准号: 22KJ0469
• 负责人: 川口 晴生
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Chiba University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0469/
• 关键词: 光渦; レーザー誘起前方転写; プリンテッドエレクトロニクス; ナノ粒子

本年度は粒形に分散を有する高密度金ナノ粒子分散インク(以下金ナノインク)への光渦レーザー誘起前方転写法の適用によって研究計画で掲げた課題の内、「(B)物性の選別」に取り組んだ。通常のガウシアンビームパルス、及び光渦パルスを金ナノインク薄膜(~40マイクロメートル)に照射することで射出した液体をガラス基板に転写し作成したドットを作成した。これらのドットにおいては計画書で期待したような粒径の空間的分離構造は得られなかったが、光渦を利用することで通常のLIFTと比較してドットの中央部において非常に密に金ナノ粒子が凝集され部分的に焼結されることが明らかとなった。この粒子の凝集にはこれまで考えていた光圧だけだはなく、レーザー照射時にインク液膜に誘起されるキャビテーションの収縮圧力が寄与していることを数値計算によって明らかにした。光渦の円環状強度分布を用いることでキャビテーションバブルが照射から3マイクロ秒以内というドナーの射出よりも非常に早い段階で行われるために、インク内部の粒子分布に干渉できることを実験と数値計算によって示した。当初期待していたような光渦レーザー誘起前方転写による金ナノ粒子の粒径のような細かい物性の選別は確認できなかったが、金ナノ粒子の最密充填という新たな現象が明らかになった。また、これまで定性的にしか述べてこなかった光渦の軌道角運動量がもたらす液体の自転による転写精度を定量的に示した。実際に通常のガウシアンビームを照射した場合と比べると位置ずれは半分以下に抑えられることを明らかにした。本研究成果に関しては、4件の国際学会において口頭発表を行っており、現在Nature Lightへの投稿に向けて現在論文を執筆中である。

今年，我们将光涡旋激光诱导正向传输方法应用于具有颗粒形状分散的高密度金纳米颗粒分散墨水（以下简称金纳米墨水），以解决研究计划中列出的问题，` “（B）物理特性的选择。”我对此进行了研究。通过用正常高斯光束脉冲和光学涡流脉冲照射金纳米墨水薄膜（~40微米）并将喷射的液体转移到玻璃基板上来创建点。在这些点中，我们无法获得计划中预期的晶粒尺寸的空间分离结构，但通过使用光学涡流，与正常的 LIFT 相比，金在点的中心形成得非常密集。纳米粒子团聚并部分烧结。数值计算表明，这些颗粒的团聚不仅像之前认为的那样是由光学压力引起的，而且是由激光照射期间墨膜中引起的空化收缩压力引起的。实验和数值计算表明，通过利用光学涡流的环形强度分布，空化气泡在照射后3微秒内出现，这比供体注射要早得多，并且可以干扰墨水内部的颗粒分布。尽管不可能如最初预期的那样通过光学涡旋激光诱导的正向转移来确认金纳米粒子的粒径等精细物理性质的选择，但揭示了金纳米粒子的紧密堆积的新现象。此外，我们还定量地证明了由于光学涡旋的轨道角动量引起的液体旋转所带来的传输精度，而迄今为止仅定性地描述了这一点。事实上，表明与用普通高斯光束照射时相比，位置偏差可以被抑制到一半以下。关于这项研究的结果，我们已经在四次国际会议上做了口头报告，目前正在撰写一篇论文提交给《自然之光》。

项目成果

ナノ微粒子構造体と、その製造装置および製造方法

纳米粒子结构体、其制造装置及制造方法

• 发表时间: 2022

飛翔体発生方法、飛翔体転写方法及び画像形成装置

抛射体产生方法、抛射体传送方法以及图像形成装置

• 发表时间: 2022

Direct print of close packed gold nanoparticels microdots with optical vortex illumination

利用光学涡旋照明直接打印紧密堆积的金纳米颗粒微粒

• 发表时间: 2022
• 作者: ○H. Kawaguchi;K. Takahashi;R. Wei;K. Yamane;K. Yuyama;S. Kawano;K. Miyamoto;N. Aoki;T. Omatsu
• 通讯作者: T. Omatsu

Direct Optical Vortex Laser Printing of a Microdot with Close-Packed and Sintered Gold

用密堆积和烧结金直接光学涡旋激光打印微粒

• 发表时间: 2022
• 作者: ○H. Kawaguchi;R. Wei;K. Yamane;K. Yuyama;S. Kawano;R. Morita;N. Aoki;K. Miyamoto;T. Omatsu
• 通讯作者: T. Omatsu