由純二氧化硅構(gòu)成的石英玻璃納米精細(xì)結(jié)構(gòu)通過(guò)3D打印成型，為光學(xué)、光子學(xué)及半導(dǎo)體技術(shù)的多樣化應(yīng)用開(kāi)辟了全新前景。然而，此前基于傳統(tǒng)納米顆粒燒結(jié)的工藝仍占據(jù)主導(dǎo)地位。

    傳統(tǒng)二氧化硅納米顆粒燒結(jié)需超過(guò)1100℃的高溫環(huán)境，這一溫度對(duì)直接沉積于半導(dǎo)體芯片的工藝而言過(guò)高。由卡爾斯魯厄理工學(xué)院納米技術(shù)研究所（INT）JensBauer博士領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)，近日開(kāi)發(fā)出一種新型低溫制造工藝，可生產(chǎn)兼具高分辨率、優(yōu)異機(jī)械性能及可見(jiàn)光透明度的石英玻璃結(jié)構(gòu)。

    JensBauer作為卡爾斯魯厄理工學(xué)院"納米結(jié)構(gòu)超構(gòu)材料"EmmyNoether研究組負(fù)責(zé)人，與加州大學(xué)歐文分校及EdwardsLifesciences公司的合作者，在《科學(xué)》期刊上詳細(xì)闡述了這一創(chuàng)新3D打印技術(shù)。

    研究采用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化聚合物樹(shù)脂作為初始材料，其核心成分為多面體低聚倍半硅氧烷（POSS）分子——一種帶有有機(jī)官能團(tuán)的籠狀二氧化硅微結(jié)構(gòu)。

    在3D打印形成網(wǎng)絡(luò)化納米結(jié)構(gòu)后，樣品被置于空氣中經(jīng)650℃熱處理。此過(guò)程中，有機(jī)組分被完全移除，而無(wú)機(jī)POSS籠狀結(jié)構(gòu)通過(guò)融合形成連續(xù)的熔融二氧化硅微/納米結(jié)構(gòu)。該工藝溫度較傳統(tǒng)納米顆粒燒結(jié)法降低約50%。

    JensBauer指出："低溫特性使堅(jiān)固、透明且自由成型的光學(xué)玻璃結(jié)構(gòu)能夠以可見(jiàn)光納米光子學(xué)所需的分辨率，直接打印至半導(dǎo)體芯片表面。除卓越光學(xué)性能外，該工藝制備的石英玻璃還具備優(yōu)異機(jī)械性能與易加工特性。"

    研究團(tuán)隊(duì)利用POSS樹(shù)脂成功打印多種納米級(jí)結(jié)構(gòu)，包括由97納米光束構(gòu)成的光子晶體、拋物面微透鏡及帶納米結(jié)構(gòu)的微透鏡。Bauer補(bǔ)充稱(chēng)："這些3D打印結(jié)構(gòu)可耐受極端化學(xué)或熱環(huán)境挑戰(zhàn)。"

    該研究由3DMatterMadetoOrder（3DMM2O）卓越集群支持，該集群為卡爾斯魯厄理工學(xué)院與海德堡大學(xué)的聯(lián)合研究平臺(tái)，聚焦自然科學(xué)與工程科學(xué)的交叉融合，體現(xiàn)高度跨學(xué)科的研究理念。JensBauer的目標(biāo)是通過(guò)此項(xiàng)技術(shù)，將三維增材制造工藝推向全新高度。