新工藝可在較低溫度下3D打印納米級(jí)玻璃制品

新華社北京6月17日電 美國(guó)和德國(guó)研究人員開發(fā)出一種3D打印新工藝，能在相對(duì)較低的溫度下制造出納米尺寸的石英玻璃制品，有望實(shí)現(xiàn)直接在半導(dǎo)體芯片上打印出光學(xué)玻璃部件。

微米和納米級(jí)的玻璃構(gòu)造體在微電子設(shè)備等方面有廣泛應(yīng)用前景，以往工藝需要燒結(jié)成型，但因燒結(jié)溫度超過(guò)1100攝氏度，高于許多半導(dǎo)體材料等的熔點(diǎn)，因而無(wú)法直接在芯片或電路上加工玻璃部件。

這一新工藝由德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院和美國(guó)加利福尼亞大學(xué)歐文分校聯(lián)合開發(fā)，研究人員以一種“有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化”材料——籠型聚倍半硅氧烷(POSS)為打印原料，POSS分子的核心是硅原子和氧原子組成的無(wú)機(jī)物“籠子”，外面連接著一些有機(jī)官能團(tuán)。官能團(tuán)是決定有機(jī)化合物化學(xué)性質(zhì)的原子或原子團(tuán)。

團(tuán)隊(duì)用雙光子聚合3D打印技術(shù)使原料分子發(fā)生交聯(lián)，形成3D納米結(jié)構(gòu)，然后在空氣中加熱到650攝氏度，使有機(jī)成分排出，無(wú)機(jī)成分熔融形成石英玻璃。

利用這種工藝，研究人員打印出了幾種不同的納米玻璃構(gòu)造體，包括納米柱排列堆疊而成的“柴垛”和“腳手架”、拋物面形狀的透鏡、外部和內(nèi)部都刻有圖案的圓柱等。這些玻璃構(gòu)造體不僅結(jié)構(gòu)精密，還有著優(yōu)越的光學(xué)性能和機(jī)械性能，對(duì)高溫和化學(xué)物質(zhì)的耐受力很強(qiáng)。相關(guān)論文發(fā)表在美國(guó)《科學(xué)》雜志上。