Stampa 3D di vetro ottico su scala nanometrica
Abilitato dalla ricerca prodotta dagli scienziati dell'Università della California, Irvine (UCI)
Un gruppo di ricerca guidato da scienziati dell’Università della California, Irvine (UCI) ha sviluppato un nuovo metodo a bassa temperatura per la stampa 3D di vetro ottico, aprendo la porta a sistemi microelettronici con capacità di nanofotonica ad alta risoluzione e luce visibile.
Una nuova generazione di tecnologie per l’uso in medicina, navigazione, comunicazioni, telerilevamento e altre applicazioni potrebbe essere resa possibile dalla combinazione di ottica ad alta precisione e microelettronica. Tuttavia, i metodi tradizionali per la stampa del vetro ottico richiedono una sinterizzazione ad alta temperatura che danneggerebbe i materiali che compongono quelle stesse piattaforme.
“Questo lavoro apre la strada alla produzione su chip”, ha affermato l’autore principale, Jens Bauer, che ha iniziato questo progetto come ricercatore dell’UCI in scienza dei materiali e ingegneria, e ora guida il Nanoarchitected Metamaterials Laboratory presso l’Istituto tedesco di tecnologia di Karlsruhe (KIT).
“Per praticamente qualsiasi chip in grado di sostenere 650 gradi Celsius, sarà possibile stampare micro e nanostrutture di vetro trasparente di alta qualità direttamente sul chip”, ha affermato Cameron Crook, ricercatore dell’UCI in scienza dei materiali e ingegneria e co -autore dello studio.
Il lavoro del team presso UCI e KIT ha comportato l’uso del processo di stampa 3D a polimerizzazione a due fotoni. In precedenza, il metodo veniva utilizzato principalmente per creare formazioni in plastica utilizzando resine polimeriche compatibili con la stampante. La stampa 3D con materiali ottici come il vetro di silice ha richiesto la sinterizzazione di nanoparticelle a temperature superiori a 1.100 gradi Celsius, abbastanza calde da legare materiali senza liquefazione, ma troppo calde per la deposizione su chip semiconduttori.
La soluzione riportata dai ricercatori consisteva nell’utilizzare come ingredienti una resina liquida costruita attorno a molecole di “silsesquioxano oligomerico poliedrico”, o POSS, che contengono minuscoli ammassi di vetro composti solo da una manciata di atomi. Hanno combinato POSS con altre molecole organiche per consentire una stampa 3D senza sforzo. La risultante nanostruttura polimerica pre-vetro reticolata è stata riscaldata in aria a una temperatura di 650 gradi Celsius, rimuovendo i componenti organici per formare una nanostruttura di vetro continua.
“Le parti di vetro ottenute con la risoluzione più alta mai vista, fino a 97 nanometri, erano chimicamente perfettamente pure e di qualità ottica”, ha affermato Bauer. Ha aggiunto che questa tecnica può essere adattata per includere materiali oltre il vetro di silice, svelando poteri completamente nuovi nei circuiti integrati. I ricercatori hanno richiesto un brevetto internazionale per questa innovazione.
Il gruppo di ricerca comprendeva Tommaso Baldacchini presso la Edwards Lifesciences Inc. con sede a Irvine. Il finanziamento è stato fornito dalla German Research Foundation e il supporto per l’imaging è stato fornito dall’UC Irvine Materials Research Institute.
Il documento è stato recentemente pubblicato su Science.
