Science：低溫免燒結(jié) | 3D打印納米光學(xué)玻璃

來源： 材料人

3D打印石英玻璃silica glass依賴于傳統(tǒng)顆粒燒結(jié)的技術(shù)主導(dǎo)。在納米尺度上，這限制了其在微系統(tǒng)技術(shù)中的應(yīng)用，從而阻礙了技術(shù)突破。

2023年6月2日，南極熊獲悉，德國 卡爾斯魯厄理工學(xué)院 (Karlsruhe Institute of Technology) J. Bauer，美國 加利福尼亞大學(xué)爾灣分校（University of California, Irvine）C. Crook，愛德華茲生命科學(xué)(Edwards Lifesciences)公司T. Baldacchini，在Science上發(fā)文，基于多面體低聚倍半硅氧烷polyhedral oligomeric silsesquioxane，POSS樹脂，實現(xiàn)了自由形式熔融二氧化硅納米結(jié)構(gòu)的免燒結(jié)、雙光子聚合3D打印制備技術(shù)。

相反于負載粒子的犧牲粘合劑，這種多面體低聚倍半硅氧烷POSS樹脂本身構(gòu)成了連續(xù)的硅氧分子網(wǎng)絡(luò)，僅在650℃時，就能形成透明的熔融石英。這比常用燒結(jié)溫度低了500°C，即離散二氧化硅顆粒熔合成連續(xù)體的燒結(jié)溫度。從而實現(xiàn)了二氧化硅3D打印低于基本微系統(tǒng)材料的熔點。同時，還實現(xiàn)了四倍的分辨率增強，這使得可見光納米光子學(xué)成為可能。

還實驗演示了出色的光學(xué)質(zhì)量、機械彈性、易于加工和可覆蓋的尺寸范圍，從而也為無機固體的微納米3D打印樹立了標(biāo)桿。

A sinterless, low-temperature route to 3D print nanoscale optical-grade glass

3D打印納米級光學(xué)級玻璃的免燒結(jié)低溫路線。

圖1. 基于丙烯酸酯功能化的多面體低聚倍半硅氧烷polyhedral oligomeric silsesquioxane，POSS樹脂，制備高質(zhì)量的熔融二氧化硅納米結(jié)構(gòu)。

圖2.材料特性確認：在650°C熱處理可產(chǎn)生原始的熔融石英玻璃。

圖3. 雙光子聚合two-photon polymerization，TPP打印制備的多面體低聚倍半硅氧烷POSS玻璃，可制造高質(zhì)量自由形狀的微光學(xué)元器件。

增材制造技術(shù)制備玻璃，可為為許多應(yīng)用提供新的材料和結(jié)構(gòu)。然而，其中的關(guān)鍵限制是，固化玻璃通常所需的高溫。

該項研究，混合有機-無機聚合物樹脂作為原材料，其需要低得多的固化溫度。僅在650°C時，就能形成透明的熔融石英，為該材料開辟了不同的用途。所生產(chǎn)的玻璃，具有優(yōu)異的空間分辨率、光學(xué)質(zhì)量和機械性能。

文獻鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq3037