Инженеры UC Irvine разработали способ 3D-печати стекла оптического класса в наномасштабе

Группа инженеров под руководством Калифорнийского университета в Ирвайне (UCI) разработала метод 3D-печати стеклянных микро- и наноструктур. На изображениях, полученных с помощью сканирующего электронного микроскопа, показаны структуры нанорешетки слева вверху и параболические микролинзы справа вверху. В нижнем ряду показаны детали микроскопических изображений вблизи, а справа внизу - деталь наноструктурированного элемента линзы Френеля. Йенс Бауэр / UCI, KIT.

В работе команды из UCI и KIT (Технологический институт Карлсруэ) использовался процесс трехмерной печати с двухфотонной полимеризацией. Ранее этот метод в основном применялся для создания структур из пластика с использованием подходящих для печати полимерных смол. 3D-печать оптическими материалами, такими как кварцевое стекло, требовала спекания наночастиц при температуре более 1100 градусов Цельсия - достаточно высокой для спекания материалов без разжижения, но слишком высокой для осаждения на полупроводниковые чипы.

Решение исследователей заключалось в использовании жидкой смолы, построенной вокруг молекул "полиэдрического олигомерного силсесквиоксана", или POSS, которые содержат крошечные стеклянные кластеры, состоящие всего из нескольких атомов. Они объединили POSS с другими органическими молекулами, чтобы сделать возможной 3D-печать без особых усилий. Полученная в результате сшитая полимерная "предстеклянная" наноструктура затем нагревалась на воздухе до температуры 650 градусов Цельсия, в результате чего органические компоненты отделялись, образуя непрерывную стеклянную наноструктуру.

"Практически для любого чипа, который может выдерживать температуру 650 градусов Цельсия, можно будет печатать высококачественные прозрачные стеклянные микро- и наноструктуры прямо на чипе", - сказал Камерон Крук, научный сотрудник UCI в области материаловедения и инженерии и соавтор исследования.

"Эта работа прокладывает путь к производству чипов", - отметил ведущий автор исследования, Йенс Бауэр, который начал этот проект в качестве научного сотрудника UCI в области материаловедения и инженерии, а сейчас возглавляет лабораторию наноархитектурных метаматериалов в Технологическом институте Карлсруэ (KIT) в Германии. По его словам, полученные стеклянные детали с самым высоким в истории разрешением, вплоть до 97 нанометров, были химически абсолютно чистыми и оптически качественными. Он также добавил, что эта техника может быть адаптирована для использования материалов, не ограничивающихся кварцевым стеклом, что открывает совершенно новые возможности в интегральных схемах. Исследователи подали заявку на получение международного патента на эту инновацию.

Статья была недавно опубликована в журнале Science.