Science一作兼通讯：低温3D打印玻璃！

大兵哥 11个月前 (06-02) 4819浏览

一、【导读】

二氧化硅玻璃因其优异的光学透明度以及热、化学和机械弹性而成为现代工程应用中最重要的材料之一。增材制造技术打印玻璃可以为许多应用提供新材料。二氧化硅玻璃的3D打印主要依靠传统的颗粒烧结技术，因此固化玻璃通常需要高温。这些限制了它们在微系统技术中的应用，从而阻碍了重大技术突破。双光子聚合（TPP）3D打印因其不受约束的3D设计自由度而具有从根本上改变微系统技术的潜力，如今微系统技术在很大程度上局限于平面结构。近期已实现二氧化硅玻璃的TPP 3D打印，然而这些方法仍然基于颗粒负载的牺牲聚合物粘合剂，适用性有限。

二、【成果掠影】

有机和有机-无机杂化聚合物的热分解是制造无机材料的一种极具前途的无颗粒替代品。基于此，德国卡尔斯鲁厄理工学院J. Bauer教授团队报道了由笼型聚倍半硅氧烷（POSS）树脂制备的自由形式熔融二氧化硅纳米结构的无烧结、TPP 3D打印。与颗粒负载的牺牲粘合剂相反，POSS树脂本身构成了一个连续的硅氧分子网络，仅在650 ℃下就形成了透明的熔融二氧化硅。该温度比将离散二氧化硅颗粒融合成连续体的烧结温度低500 ℃，这使二氧化硅3D打印低于基本微系统材料的熔点。同时，本研究实现了四倍的分辨率增强，这使得可见光纳米光子学成为可能。通过展示卓越的光学质量、机械弹性、易于加工和可覆盖的尺寸尺度，本研究为无机固体的微米和纳米3D打印树立了标杆。相关研究成果以“A sinterless, low-temperature route to 3D print nanoscale optical-grade glass”为题发表在国际知名期刊Science上，J. Bauer教授为本文的一作兼通讯作者。

三、【数据概览】

四、【成果启示】

POSS玻璃TPP 3D打印路线可能有助于重新定义硅玻璃自由形式制造的范式，并克服主导该领域的传统制造方法的局限性。本研究的关键创新在于开发的POSS树脂，与负载颗粒的粘合剂相反，它本身可以聚合成连续的硅氧分子网络。因此，该材料规避了将离散二氧化硅颗粒烧结成连续体所需的极端温度，这使得仅在650 ℃下即可转化为熔融二氧化硅。与报道的最佳TPP方法相比，通过将温度降低约500 ℃，使硅玻璃的自由形式合成低于微系统技术的基本材料（包括银、铜、金和铝）的熔点。这代表了一项突破，使透明物质的片上3D打印从最先进的有机聚合物发展到弹性光学级熔融二氧化硅。同样，报道的POSS玻璃工艺突破了临界分辨率限制，在可见光谱中实现了自由形式的二氧化硅纳米光子器件，同时能够制造数百微米的高纵横比结构。总的来说，本研究实现了光学质量、机械弹性、加工简易性和可覆盖尺寸尺度的完美结合，并为无机固体的微米级和纳米级3D打印树立了标杆。

原文详情：A sinterless, low-temperature route to 3D print nanoscale optical-grade glass (Science 2023, 380, 960-966)

本文由大兵哥供稿。

标签： 3D打印，玻璃