Forscher der University of California, Irvine (UCI) und des Karlsruhe Institut für Technologie (KIT) haben laut einer Pressemitteilung der UCI eine neue Niedertemperaturmethode für den 3D-Druck von Glas in optischer Qualität entwickelt. Diese könnte die Tür für mikroelektronische Systeme mit hochauflösenden Nanophotonikfunktionen und für sichtbares Licht öffnen. Die Kombination hochpräziser Optik und Mikroelektronik könnte den Forschern zufolge eine neue Generation von Technologien für die Verwendung in der Medizin, Kommunikation, Navigation, Fernerkundung und anderen Anwendungen ermöglichen. Die Arbeit der Forscher „A sinterless, low-temperature route to 3D print nanoscale optical-grade glass“ wurde im Fachjournal Science in einem Artikel mit dem Titel eröffnet.
3D-Druck von optischem Glas
Der Druck von optischem Glas erfordert ein Sintern bei hohen Temperaturen, wodurch Schäden am Material entstehen, aus denen diese Plattformen bestehen. Hauptautor Jens Bauer, der dieses Projekt als UCI-Forscher in Materialwissenschaften und -Technik begann und jetzt das Nanoarchitected Metamaterials Laboratory am deutschen Karlsruher Institut für Technologie (KIT) leitet, erklärte, dass diese Arbeit den Weg in die On-Chip-Fertigung ebnet. Cameron Crook, UC-Forschungsstipendiat für Materialwissenschaften und -Technik und Co-Autor der Studie, ergänzte, dass ziemlich jeder Chip, der 650 Grad Celsius aushält, es ermöglicht, hochwertige Mikro- und Nanostrukturen aus klarem Glas direkt auf den Chip zu drucken.
Die Teams an der UCI und dem KIT nutzten für ihre Arbeit das Zwei-Photonen-Polymerisations-3D-Druckverfahren. Bislang wurde diese Methode zur Herstellung von Formationen aus Kunststoff unter Verwendung druckerfreundlicher Polymerharze verwendet. Der 3D-Druck optischer Materialien wie Quarzglas erfordert das Sintern von Nanopartikeln bei Temperaturen von mehr als 1.100 Grad Celsius. Bei diesen Temperaturen könnten Materialien ohne Verflüssigung verbunden werden. Es ist jedoch zu heiß für die Abscheidung auf Halbleiterchips.
3D-Druck einer kontinuierlichen Glas-Nanostruktur
Die Forscher nutzten flüssiges Harz, das um „polyedrische oligomere Silsesquioxan“- oder POSS-Moleküle herum aufgebaut ist. Diese enthalten winzige Glascluster aus nur einer Handvoll Atomen. Dank der Kombination der POSS mit anderen organischen Molekülen war der 3D-Druck möglich. Die vernetzte Vorglas-Polymer-Nanostruktur wurde an der Luft auf eine Temperatur von 650 Grad Celsius erhitzt. Organische Komponenten wurden dadurch entfernt und die Forscher erhielten eine kontinuierliche Glas-Nanostruktur.
Bauer sagte:
„Die erhaltenen Glasteile mit der bisher höchsten Auflösung von bis zu 97 Nanometern waren chemisch vollkommen rein und von optischer Qualität. Er fügte hinzu, dass diese Technik auch auf Materialien jenseits von Quarzglas angepasst werden kann – was völlig neue Möglichkeiten in integrierten Schaltkreisen eröffnet.
Für diese Innovation haben die Forscher ein internationales Patent angemeldet. Tommaso Baldacchini von Edwards Lifesciences Inc. war ebenfalls Teil des Teams. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft finanzierte die Arbeit. Die Bildgebungsunterstützung erfolgte durch das UC Irvine Materials Research Institute. In unserer Themenkategorie 3D-Druck von Glas finden Sie weitere Neuigkeiten zu ähnlichen Entwicklungen. Abonnieren Sie unseren Newsletter und bleiben Sie über 3D-Druck-News informiert.
