纳米材料无需烧结的3D打印玻璃

用纯二氧化硅打印微米级和纳米级石英玻璃结构开辟了光学、光子学和半导体技术的许多新应用。到目前为止，工艺都是基于传统的烧结。

烧结二氧化硅纳米粒子所需的温度高于1100°C，这对于直接沉积到半导体芯片上来说太热了。由KIT纳米技术研究所(INT)的JensBauer博士领导的团队现已开发出一种新工艺，可以在低得多的温度下生产具有高分辨率和出色机械性能的透明石英玻璃。

以杂化有机-无机聚合物树脂为原料

Bauer是KIT的EmmyNoether初级研究小组“纳米结构超材料”的负责人，他来自加州大学尔湾分校和尔湾市EdwardsLifesciences公司的同事在《科学》杂志上介绍了这一过程。

他们使用混合有机-无机聚合物树脂作为原料。这种液态树脂由所谓的多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)分子组成，这些分子是带有有机官能团的小笼状二氧化硅分子。

通过3D打印将材料交联形成3D纳米结构后，将其在空气中加热至650°C以去除有机成分。同时，无机POSS笼聚结并形成连续的石英玻璃微结构或纳米结构。为此目的所需的温度仅为基于纳米颗粒烧结的工艺所需温度的一半。

即使在具有挑战性的化学和热条件下，结构也能保持稳定

“较低的温度可以直接在半导体芯片上自由打印具有可见光纳米光子学所需分辨率的坚固的光学级玻璃结构，”鲍尔解释道。除了出色的光学质量外，生产的石英玻璃还具有出色的机械性能，并且易于加工。

来自卡尔斯鲁厄和欧文的研究人员使用POSS树脂打印各种纳米结构，包括独立式光子晶体、97nm宽光束、抛物面微透镜和具有纳米结构元件的多透镜微物镜。“我们的工艺生产的结构即使在恶劣的化学或热条件下也能保持稳定，”鲍尔说。