近日獲悉，立陶宛維爾紐斯大學(xué)的研究人員已經(jīng)成功地在納米尺度上進(jìn)行3D打印玻璃陶瓷。研究論文“納米級分辨率的3D玻璃陶瓷增材制造”由darius gailevi?ius，viktorija?，liina mikoliūnait?，simas?akirzanova，suaulius juodkazis和mangirdas malinauskas共同撰寫。據(jù)了解，該研究由美國陸軍航空兵和導(dǎo)彈研究開發(fā)和工程中心（AMRDEC）撥款資助，該中心正在尋求發(fā)現(xiàn)高效傳感應(yīng)用。而對3D打印石英玻璃的其他研究包括則由德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院（KIT）的NeptunLab領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究。

微3D打印Vytis雕塑的均勻縮放。左圖為雕塑印刷。右圖為在1200℃下燒結(jié)1小時后顯示相同的結(jié)構(gòu)。

　　對于這個實(shí)驗(yàn)，研究人員使用了雙光子光刻技術(shù)。這是一種在光子尺度上進(jìn)行3D制造的方法，該技術(shù)采用超快脈沖飛秒激光來精確固化光反應(yīng)材料。該技術(shù)的一種商業(yè)方法由德國的Nanoscribe在Photonic Professional GT系統(tǒng)中銷售，但維爾紐斯大學(xué)系統(tǒng)被稱為“超快激光3D光刻”或“3DLL”。

　　選擇用于研究的材料是玻璃陶瓷，或“溶膠 - 凝膠”、抗蝕劑SZ2080、改性硅膠和光聚合物，經(jīng)常被于醫(yī)學(xué)應(yīng)用，以及制備紫外線防護(hù)涂層或量子點(diǎn)。

　　SZ2080是一種多步驟工藝，類似于綠色部件金屬燒結(jié)，首先將SZ2080 3D打印成所需形狀，其尺寸為數(shù)百納米。本研究中給出的例子包括Vytis的微型雕塑，立陶宛的徽章; 一個立方體; 光子晶體結(jié)構(gòu)和六角形支架（如下圖）。

　　打印完成后，零件在高達(dá)1500℃的溫度下燒結(jié)。該工藝分解80％的材料成分，使部件收縮40-50％，并產(chǎn)生比打印部件更高的分辨率。

　　燒結(jié)過程還可以形成物體的玻璃—陶瓷晶體結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)卓越的機(jī)械和化學(xué)性能。

　　正如研究所述，“抗蝕劑中存在的二氧化硅和氧化鋯前體在~20％質(zhì)量的無機(jī)成分中將導(dǎo)致最終燒結(jié)陶瓷材料中出現(xiàn)二氧化硅和氧化鋯晶相?！?/p>

3D打印后的微結(jié)構(gòu)（左）

與燒結(jié)后的相同結(jié)構(gòu)（右）

　　通過定制這一過程，研究人員將能夠制作自由形式的3D結(jié)構(gòu)，其復(fù)雜性無法通過其他微加工方法創(chuàng)建。此外，正如本研究結(jié)論中所述，這些結(jié)構(gòu)將“獲得新的特征，特別是在惡劣的物理和化學(xué)環(huán)境中的復(fù)原力”。

　　此外，“由于納米級材料可以引發(fā)沉淀”（用于制造顏料和海水脫鹽等）和“引導(dǎo)納米微晶的生長”，（例如量子點(diǎn)）“實(shí)驗(yàn)范圍的廣闊領(lǐng)域因所呈現(xiàn)的而擴(kuò)大增材制造的形式。”