近日，《Science》雜誌發表的一篇論文表明，由德國卡爾斯魯厄理工學院（以下簡稱：KIT）納米技術研究所（INT）的Jens Bauer博士領導的一個(ge) 研究團隊開發的一種新的玻璃3D打印工藝可以生產(chan) 出可直接打印到半導體(ti) 芯片上的納米精細石英玻璃結構。有機-無機混合聚合物樹脂用作二氧化矽3D打印的起始材料。由於(yu) 該工藝不需要燒結，因此所需的溫度相對較低。同時，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(chan) 多種多樣的石英玻璃結構。 （來源：Jens Bauer，KIT）

將純二氧化矽製成的石英玻璃打印成微米和納米精細結構，為(wei) 光學、光子學和半導體(ti) 技術的許多應用開辟了新的可能性。然而，到目前為(wei) 止，基於(yu) 傳(chuan) 統燒結的技術仍占主導地位。

燒結二氧化矽納米顆粒所需的溫度超過1100攝氏度——對於(yu) 直接沉積在半導體(ti) 芯片上來說，溫度太高了。該研究團隊現在開發了一種新工藝，可以在明顯更低的溫度下生產(chan) 出具有高分辨率和優(you) 異機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“納米結構超材料”的負責人，他和來自加州大學歐文分校和位於(yu) 歐文的醫療技術公司Edwards Lifesciences的同事在《Science》雜誌上介紹了這種方法。

論文稱，一種專(zhuan) 門開發的有機-無機混合聚合物樹脂作為(wei) 起始材料。這種液體(ti) 樹脂由所謂的多麵體(ti) 低聚倍半矽氧烷分子（POSS）組成：微小的籠狀二氧化矽分子帶有有機官能團。

一旦形成，完全3D打印和網絡化的納米結構將在空氣中加熱至650攝氏度的溫度。在該過程中，有機成分被排出，同時，無機POSS籠結合，形成連續的熔融二氧化矽微結構或納米結構。所需的溫度僅(jin) 為(wei) 基於(yu) 納米顆粒燒結的工藝的一半。

Bauer解釋道：“較低的溫度使我們(men) 能夠以可見光納米光子學所需的分辨率將堅固、透明和自由形態的光學玻璃結構直接打印到半導體(ti) 芯片上。”除了優(you) 異的光學質量外，這種方式生產(chan) 的石英玻璃還具有優(you) 異的機械性能，易於(yu) 加工。

研究團隊用POSS樹脂打印了許多不同的納米級結構，包括獨立的97納米光束的光子晶體(ti) 、拋物麵微透鏡和具有納米結構元件的多透鏡微透鏡。Bauer說：“我們(men) 的工藝使結構能夠承受艱難的化學條件或熱度。”

據了解，卡爾斯魯厄理工學院目前擁有超過2.5萬(wan) 名學生，總部位於(yu) 德國卡爾斯魯厄市，主要從(cong) 事STEM領域的研究。卡爾斯魯厄理工學院是一所支持青年科學家的大學，以利用創新的概念培養(yang) 科學和個(ge) 人素質、良好的大學研究環境和優(you) 秀的國家和國際網絡而聞名。3D Matter Made to Order卓越集群是KIT和海德堡大學的聯合集群，該集群的目標是將3D打印工藝提升到一個(ge) 新的水平——從(cong) 分子水平到宏觀維度。