Il nuovo modo di condurre la stampa 3D del vetro di silice su scala nanometrica consente temperature molto più basse

Rapporto del 5 giugno 2023

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di Bob Yirka, Phys.org

Gli scienziati dei materiali del Karlsruhe Institute of Technology, dell’Università della California, Irvine e Edwards Lifesciences hanno sviluppato un modo per stampare in 3D strutture di vetro su scala nanometrica a temperature molto più fredde rispetto ai metodi precedenti.

Nel loro studio, riportato sulla rivista Science, Jens Bauer, Cameron Crook e Tommaso Baldacchini hanno utilizzato la loro tecnica per stampare una varietà di nanostrutture. Paolo Colombo e Giorgia Franchin dell'Università di Padova hanno pubblicato un articolo su Perspective nello stesso numero della rivista che delinea i metodi utilizzati per stampare vetri e ceramiche su scala nanometrica e il lavoro svolto dal team su questo nuovo sforzo.

Negli ultimi anni, la stampa 3D è stata applicata a una varietà di applicazioni, dando vita a opere d’arte impressionanti, prodotti meno costosi e modelli fisici altamente dettagliati. Un’applicazione che ha suscitato interesse è la stampa 3D di oggetti su scala nanometrica: tali oggetti sono utili nella creazione di minuscoli dispositivi elettronici, in particolare quelle parti che utilizzano la luce. Fino ad ora, la maggior parte di queste applicazioni si limitava alla produzione di oggetti realizzati con polimeri a causa della facilità con cui il materiale di base può essere fuso e poi lasciato indurire mediante raffreddamento.

Ma i polimeri non forniscono la risoluzione necessaria per la nanofotonica basata sulla luce. Sfortunatamente, i tentativi di stampare strutture di vetro 3D hanno avuto successo solo parzialmente a causa delle temperature estremamente elevate richieste per la sinterizzazione (fusione per formare una massa solida). In questo nuovo sforzo, il gruppo di ricerca ha trovato un modo per stampare strutture su scala nanometrica a temperature quasi la metà di quelle degli approcci tradizionali.

Invece di utilizzare nanoparticelle di silice sospese, come con altri metodi, i ricercatori hanno creato una struttura a forma di gabbia di resina liquida attorno a molecole poliedriche oligomeriche di silsesquiossano. Il team ha quindi utilizzato la resina come inchiostro per stampare oggetti in 3D e poi li ha riscaldati a 650°C (altri metodi richiedono il riscaldamento a 1100°C). Il riscaldamento ha eliminato i componenti organici e ha forgiato le gabbie in un materiale di vetro continuo.

Il team ha testato il proprio approccio stampando microlenti e altri piccoli oggetti in 3D e suggerisce che potrebbe essere utilizzato per la stampa su chip di silice fusa di grado ottico.

Maggiori informazioni: J. Bauer et al, Un percorso senza sinterizzazione a bassa temperatura per stampare in 3D vetro di grado ottico su scala nanometrica, Science (2023). DOI: 10.1126/science.abq3037

Paolo Colombo et al, Migliorare la fabbricazione di nanostrutture di vetro, Science (2023). DOI: 10.1126/science.adi2747

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