Štampanje mikro i nanometarskih struktura kvarcnog stakla od čistog silicijum dioksida otvara mnoge nove primene u optici, fotonici i poluprovodničkim tehnologijama. Do sada su se procesi zasnivali na konvencionalnom sinterovanju.
Temperature potrebne za sinterovanje nanočestica silicijum dioksida su iznad 1100°C, što je previše vruće za direktno nanošenje na poluprovodničke čipove. Tim na čelu sa dr Jensom Bauerom sa KIT-ovog Instituta za nanotehnologiju (INT) je sada razvio novi proces za proizvodnju providnog kvarcnog stakla visoke rezolucije i odličnih mehaničkih svojstava na daleko nižim temperaturama.
Bauer, koji vodi mlađu istraživačku grupu Emmi Noether „Nanoarchitected Metamaterials“ u KIT-u, i njegove kolege sa Univerziteta Kalifornije, Irvine i kompanije Edvards Lifesciences u Irvineu, predstavljaju proces u Science.
Oni koriste hibridnu organsko-neorgansku polimernu smolu kao sirovinu. Ova tečna smola se sastoji od takozvanih poliedarskih oligomernih silseskvioksana (POSS) molekula, koji su mali molekuli silicijum dioksida u obliku kaveza opremljeni organskim funkcionalnim grupama.
Nakon unakrsnog povezivanja materijala putem 3D štampanja da bi se formirala 3D nanostruktura, on se zagreva na 650°C na vazduhu da bi se uklonile organske komponente. U isto vreme, neorganski POSS kavezi se spajaju i formiraju kontinuiranu mikrostrukturu ili nanostrukturu od kvarcnog stakla. Temperatura potrebna za ovu svrhu je samo polovina temperature potrebne za procese zasnovane na sinterovanju nanočestica.
„Niža temperatura omogućava štampanje u slobodnoj formi robusnih staklenih struktura optičkog kvaliteta sa rezolucijom potrebnom za nanofotoniku vidljive svetlosti, direktno na poluprovodničkim čipovima“, objašnjava Bauer. Osim odličnog optičkog kvaliteta, proizvedeno kvarcno staklo ima odlična mehanička svojstva i lako se obrađuje.
Istraživači iz Karlsruea i Irvinea koristili su POSS smolu za štampanje različitih nanostruktura, uključujući fotonske kristale samostojećih snopova širine 97 nm, parabolična mikro sočiva i mikroobjektiv sa više sočiva sa nanostrukturiranim elementima. „Naš proces proizvodi strukture koje ostaju stabilne čak i pod teškim hemijskim ili termičkim uslovima“, kaže Bauer.
