近日，《Science》雜志發(fā)表的一篇論文表明，由德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院（以下簡稱：KIT）納米技術(shù)研究所（INT）的Jens Bauer博士領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)的一種新的玻璃3D打印工藝可以生產(chǎn)出可直接打印到半導(dǎo)體芯片上的納米精細(xì)石英玻璃結(jié)構(gòu)。有機(jī)-無機(jī)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(jié)，因此所需的溫度相對較低。同時(shí)，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(chǎn)多種多樣的石英玻璃結(jié)構(gòu)。 （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(xì)結(jié)構(gòu)，為光學(xué)、光子學(xué)和半導(dǎo)體技術(shù)的許多應(yīng)用開辟了新的可能性。然而，到目前為止，基于傳統(tǒng)燒結(jié)的技術(shù)仍占主導(dǎo)地位。

燒結(jié)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(dǎo)體芯片上來說，溫度太高了。該研究團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在開發(fā)了一種新工藝，可以在明顯更低的溫度下生產(chǎn)出具有高分辨率和優(yōu)異機(jī)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(jié)構(gòu)超材料”的負(fù)責(zé)人，他和來自加州大學(xué)歐文分校和位于歐文的醫(yī)療技術(shù)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(fā)的有機(jī)-無機(jī)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(jī)官能團(tuán)。

一旦形成，完全3D打印和網(wǎng)絡(luò)化的納米結(jié)構(gòu)將在空氣中加熱至650攝氏度的溫度。在該過程中，有機(jī)成分被排出，同時(shí)，無機(jī)POSS籠結(jié)合，形成連續(xù)的熔融二氧化硅微結(jié)構(gòu)或納米結(jié)構(gòu)。所需的溫度僅為基于納米顆粒燒結(jié)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(xué)所需的分辨率將堅(jiān)固、透明和自由形態(tài)的光學(xué)玻璃結(jié)構(gòu)直接打印到半導(dǎo)體芯片上。”除了優(yōu)異的光學(xué)質(zhì)量外，這種方式生產(chǎn)的石英玻璃還具有優(yōu)異的機(jī)械性能，易于加工。

研究團(tuán)隊(duì)用POSS樹脂打印了許多不同的納米級結(jié)構(gòu)，包括獨(dú)立的97納米光束的光子晶體、拋物面微透鏡和具有納米結(jié)構(gòu)元件的多透鏡微透鏡。Bauer說：“我們的工藝使結(jié)構(gòu)能夠承受艱難的化學(xué)條件或熱度?！?/p>

據(jù)了解，卡爾斯魯厄理工學(xué)院目前擁有超過2.5萬名學(xué)生，總部位于德國卡爾斯魯厄市，主要從事STEM領(lǐng)域的研究。卡爾斯魯厄理工學(xué)院是一所支持青年科學(xué)家的大學(xué)，以利用創(chuàng)新的概念培養(yǎng)科學(xué)和個(gè)人素質(zhì)、良好的大學(xué)研究環(huán)境和優(yōu)秀的國家和國際網(wǎng)絡(luò)而聞名。3D Matter Made to Order卓越集群是KIT和海德堡大學(xué)的聯(lián)合集群，該集群的目標(biāo)是將3D打印工藝提升到一個(gè)新的水平——從分子水平到宏觀維度。