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，我们通过将光学涡流激光诱导的正向转移方法应用于高密度的金纳米粒子分散墨水（以下称为金纳米Inks）中的光学涡流激光诱导的前向转移方法中提出的“（b）选择物理特性”。通过将正常的高斯束脉冲和光学涡流脉冲照射到金纳米克薄膜（〜40微米）上，将喷射的液体转移到玻璃基板上以产生点。尽管这些点未获得计划中预期的粒径的空间分离结构，但据显示，使用光学涡旋使金纳米颗粒非常密集地聚集，并且与正常升降机相比，在点的中心部分烧结。数值计算表明，不仅我们以前考虑过这些颗粒聚集的光电，而且在激光辐照过程中墨水液膜中诱导的空化压力的收缩压力有助于颗粒的聚集。实验和数值计算表明，通过使用光学涡旋的环强度分布，对辐射的3微秒内的供体注入非常早就进行空气泡，因此可以干扰墨水内部的颗粒分布。尽管我们无法通过光学涡旋激光诱导的前向转移来确认精细的物理特性，例如金纳米颗粒的粒径，最初是预期的，但已经揭示了一种新的金纳米颗粒封闭式包装现象。此外，由于液体的旋转而引起的转移精度，这是通过光学涡流的轨道角动量实现的，仅在定性上进行了定性描述。已经揭示了与正常高斯梁照射时，位置偏差可以降低到不到一半。关于这项研究的结果，他在四个国际会议上进行了口头介绍，目前正在撰写一篇论文以提交自然光。

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