发明在纳米级3D打印光学级玻璃的方法

由加州大学欧文分校的科学家领导的一个研究小组开发了一种新的低温3D打印光学级玻璃的方法，为具有高分辨率、可见光纳米光子学能力的微电子系统打开了大门。

这项创新是最近发表在《科学》杂志上的一篇论文的主题。

高精度光学和微电子的结合可以实现用于医学、导航、通信、遥感和其他应用的新一代技术。但是传统的光学玻璃印刷方法需要高温烧结，这会对构成这些平台的材料造成损害。

“这项工作为片上制造铺平了道路，”主要作者JensBauer说，他作为UCI材料科学与工程研究科学家开始了这个项目，现在领导德国卡尔斯鲁厄理工学院的纳米架构超材料实验室。

“对于几乎任何可以承受650摄氏度的芯片，都可以直接在芯片上打印高质量、透明的玻璃微结构和纳米结构。”UCI材料科学与工程研究员、该研究的合著者CameronCrook解释说。

该团队在UCI和KIT的工作涉及使用称为双光子聚合或直接激光写入的3D打印工艺。该方法能够创建复杂的纳米级结构，但以前主要涉及使用打印友好型聚合物树脂在塑料中形成。

使用二氧化硅玻璃等光学材料的3D打印需要在超过1,100摄氏度的温度下烧结纳米粒子，该温度足以在不液化的情况下粘合材料，但对于半导体芯片上的沉积来说太热了。

研究人员的解决方案是使用一种围绕“多面体低聚倍半硅氧烷”或POSS分子构建的液体树脂作为成分，这些分子包含仅由少数原子组成的微小玻璃簇。

他们将POSS与其他有机分子相结合，以实现毫不费力的3D打印。将所得交联的预玻璃聚合物纳米结构在空气中加热至650摄氏度的温度，剥离有机成分以形成连续的玻璃纳米结构。

“获得的分辨率最高的玻璃部件，低至97纳米，在化学上非常纯净，具有光学级质量，”鲍尔说。

他补充说，这种技术可以进行调整，以包括石英玻璃以外的材料，从而在集成电路中展现全新的力量。研究人员已经为这项创新申请了国际专利。