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无需烧结的新型玻璃3D打印工艺面世

 近日,《Science》杂志发表的一篇论文表明,由德国卡尔斯鲁厄理工学院(以下简称:KIT)纳米技术研究所(INT)的Jens Bauer博士领导的一个研究团队开发的一种新的玻璃3D打印工艺可以生产出可直接打印到半导体芯片上的纳米精细石英玻璃结构。有机-无机混合聚合物树脂用作二氧化硅3D打印的起始材料。由于该工艺不需要烧结,因此所需的温度相对较低。同时,更高的分辨率使纳米光子具有可见光。

将纯二氧化硅制成的石英玻璃打印成微米和纳米精细结构,为光学、光子学和半导体技术的许多应用开辟了新的可能性。然而,到目前为止,基于传统烧结的技术仍占主导地位。
烧结二氧化硅纳米颗粒所需的温度超过1100摄氏度——对于直接沉积在半导体芯片上来说,温度太高了。该研究团队现在开发了一种新工艺,可以在明显更低的温度下生产出具有高分辨率和优异机械性能的透明石英玻璃。
Jens Bauer博士是KIT的Emmy Noether初级研究小组“纳米结构超材料”的负责人,他和来自加州大学欧文分校和位于欧文的医疗技术公司Edwards Lifesciences的同事在《Science》杂志上介绍了这种方法。
论文称,一种专门开发的有机-无机混合聚合物树脂作为起始材料。这种液体树脂由所谓的多面体低聚倍半硅氧烷分子(POSS)组成:微小的笼状二氧化硅分子带有有机官能团。
一旦形成,完全3D打印和网络化的纳米结构将在空气中加热至650摄氏度的温度。在该过程中,有机成分被排出,同时,无机POSS笼结合,形成连续的熔融二氧化硅微结构或纳米结构。所需的温度仅为基于纳米颗粒烧结的工艺的一半。
Bauer解释道:“较低的温度使我们能够以可见光纳米光子学所需的分辨率将坚固、透明和自由形态的光学玻璃结构直接打印到半导体芯片上。”除了优异的光学质量外,这种方式生产的石英玻璃还具有优异的机械性能,易于加工。
研究团队用POSS树脂打印了许多不同的纳米级结构,包括独立的97纳米光束的光子晶体、抛物面微透镜和具有纳米结构元件的多透镜微透镜。Bauer说:“我们的工艺使结构能够承受艰难的化学条件或热度。”
据了解,卡尔斯鲁厄理工学院目前拥有超过2.5万名学生,总部位于德国卡尔斯鲁厄市,主要从事STEM领域的研究。卡尔斯鲁厄理工学院是一所支持青年科学家的大学,以利用创新的概念培养科学和个人素质、良好的大学研究环境和优秀的国家和国际网络而闻名。3D Matter Made to Order卓越集群是KIT和海德堡大学的联合集群,该集群的目标是将3D打印工艺提升到一个新的水平——从分子水平到宏观维度。

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日期:2023-6-12      浏览数:397      [返回]      [至顶]
 
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