近日，《Science》雜志發表的一篇論文表明，由德國卡爾斯魯厄理工學院（以下簡稱：KIT）納米技術研究所（INT）的Jens Bauer博士領導的一個研究團隊開發的一種新的玻璃3D打印工藝可以生產出可直接打印到半導體芯片上的納米精細石英玻璃結構。有機-無機混合聚合物樹脂用作二氧化硅3D打印的起始材料。由于該工藝不需要燒結，因此所需的溫度相對較低。同時，更高的分辨率使納米光子具有可見光。
通過新工藝，可以在納米尺度上生產多種多樣的石英玻璃結構。 （來源：Jens Bauer，KIT）
將純二氧化硅制成的石英玻璃打印成微米和納米精細結構，為光學、光子學和半導體技術的許多應用開辟了新的可能性。然而，到目前為止，基于傳統燒結的技術仍占主導地位。
燒結二氧化硅納米顆粒所需的溫度超過1100攝氏度——對于直接沉積在半導體芯片上來說，溫度太高了。該研究團隊現在開發了一種新工藝，可以在明顯更低的溫度下生產出具有高分辨率和優異機械性能的透明石英玻璃。
Jens Bauer博士是KIT的Emmy Noether初級研究小組“納米結構超材料”的負責人，他和來自加州大學歐文分校和位于歐文的醫療技術公司Edwards Lifesciences的同事在《Science》雜志上介紹了這種方法。
論文稱，一種專門開發的有機-無機混合聚合物樹脂作為起始材料。這種液體樹脂由所謂的多面體低聚倍半硅氧烷分子（POSS）組成：微小的籠狀二氧化硅分子帶有有機官能團。
一旦形成，完全3D打印和網絡化的納米結構將在空氣中加熱至650攝氏度的溫度。在該過程中，有機成分被排出，同時，無機POSS籠結合，形成連續的熔融二氧化硅微結構或納米結構。所需的溫度僅為基于納米顆粒燒結的工藝的一半。
Bauer解釋道：“較低的溫度使我們能夠以可見光納米光子學所需的分辨率將堅固、透明和自由形態的光學玻璃結構直接打印到半導體芯片上。”除了優異的光學質量外，這種方式生產的石英玻璃還具有優異的機械性能，易于加工。
研究團隊用POSS樹脂打印了許多不同的納米級結構，包括獨立的97納米光束的光子晶體、拋物面微透鏡和具有納米結構元件的多透鏡微透鏡。Bauer說：“我們的工藝使結構能夠承受艱難的化學條件或熱度。”
據了解，卡爾斯魯厄理工學院目前擁有超過2.5萬名學生，總部位于德國卡爾斯魯厄市，主要從事STEM領域的研究。卡爾斯魯厄理工學院是一所支持青年科學家的大學，以利用創新的概念培養科學和個人素質、良好的大學研究環境和優秀的國家和國際網絡而聞名。3D Matter Made to Order卓越集群是KIT和海德堡大學的聯合集群，該集群的目標是將3D打印工藝提升到一個新的水平——從分子水平到宏觀維度。
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