Science：低温免烧结 | 3D打印纳米光学玻璃

来源： 材料人

3D打印石英玻璃silica glass依赖于传统颗粒烧结的技术主导。在纳米尺度上，这限制了其在微系统技术中的应用，从而阻碍了技术突破。

2023年6月2日，南极熊获悉，德国 卡尔斯鲁厄理工学院 (Karlsruhe Institute of Technology) J. Bauer，美国 加利福尼亚大学尔湾分校（University of California, Irvine）C. Crook，爱德华兹生命科学(Edwards Lifesciences)公司T. Baldacchini，在Science上发文，基于多面体低聚倍半硅氧烷polyhedral oligomeric silsesquioxane，POSS树脂，实现了自由形式熔融二氧化硅纳米结构的免烧结、双光子聚合3D打印制备技术。

相反于负载粒子的牺牲粘合剂，这种多面体低聚倍半硅氧烷POSS树脂本身构成了连续的硅氧分子网络，仅在650℃时，就能形成透明的熔融石英。这比常用烧结温度低了500°C，即离散二氧化硅颗粒熔合成连续体的烧结温度。从而实现了二氧化硅3D打印低于基本微系统材料的熔点。同时，还实现了四倍的分辨率增强，这使得可见光纳米光子学成为可能。

还实验演示了出色的光学质量、机械弹性、易于加工和可覆盖的尺寸范围，从而也为无机固体的微纳米3D打印树立了标杆。

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

3D打印纳米级光学级玻璃的免烧结低温路线。

图1. 基于丙烯酸酯功能化的多面体低聚倍半硅氧烷polyhedral oligomeric silsesquioxane，POSS树脂，制备高质量的熔融二氧化硅纳米结构。

图2.材料特性确认：在650°C热处理可产生原始的熔融石英玻璃。

图3. 双光子聚合two-photon polymerization，TPP打印制备的多面体低聚倍半硅氧烷POSS玻璃，可制造高质量自由形状的微光学元器件。

增材制造技术制备玻璃，可为为许多应用提供新的材料和结构。然而，其中的关键限制是，固化玻璃通常所需的高温。

该项研究，混合有机-无机聚合物树脂作为原材料，其需要低得多的固化温度。仅在650°C时，就能形成透明的熔融石英，为该材料开辟了不同的用途。所生产的玻璃，具有优异的空间分辨率、光学质量和机械性能。

文献链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq3037