Tisk struktur křemenného skla v mikro- a nanometrových měřítkách z čistého oxidu křemičitého otevírá mnoho nových aplikací v optice, fotonice a polovodičových technologiích. Dosavadní postupy byly založeny na konvenčním spékání.
Teploty potřebné pro takové spékání (slinování) nanočástic oxidu křemičitého jsou vyšší než 1100 °C, což je příliš vysoká teplota pro přímé nanášení na polovodičové čipy. Tým vedený Dr. Jensem Bauerem z Institutu nanotechnologií Karlsruhe Institute of Technology nyní vyvinul nový proces výroby transparentního křemenného skla s vysokým rozlišením a vynikajícími mechanickými vlastnostmi při mnohem nižších teplotách.
Jako výchozí materiál se používá polymerní kapalná pryskyřice (polyhedral oligomeric silsesquioxane, POSS, malé molekuly oxidu křemičitého klecovitého tvaru, na něž se vážou organické skupiny). Po zesíťování materiálu pomocí 3D tisku a vytvoření 3D nanostruktury se materiál zahřeje na 650 °C (tj. potřebná teplota je oproti dosavadní technologii mnohem nižší, viz výše) na vzduchu, aby se odstranily organické složky. Současně se anorganické klece POSS spojí a vytvoří souvislou mikro/nanostrukturu z křemenného skla. Nižší potřebná teplota umožňuje tisknout skleněné struktury pro fotonické aplikace přímo na polovodičové čipy. Kvalita/rozlišení těchto struktur je pak postačující pro fotoniku ve viditelném světle. Takto vyrobené křemenné sklo má navíc mechanické vlastnosti vhodné pro další zpracování, je tepelně i chemicky odolné.
J. Bauer et al, A sinterless, low-temperature route to 3D print nanoscale optical-grade glass, Science (2023). DOI: 10.1126/science.abq3037
Zdroj: Karlsruhe Institute of Technology / TechXplore.com