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《美国研究人员开发出一种使用深紫外光3D打印玻璃微结构的方法》

  • 来源专题：先进材料
  • 编译者： 李丹
  • 发布时间：2023-10-15

  • 据佐治亚理工学院网站10月4日消息，美国佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）的研究人员开发出一种使用深紫外光（DUV）3D打印小型玻璃镜片和其他玻璃微结构的新方法。研究人员使用了一种基于软聚合物（PDMS）的光敏树脂，利用深紫外光将光敏树脂转化为高度透明且光滑的玻璃，而无需在混合物中添加二氧化硅纳米颗粒，避免因添加其他物质产生潜在的光学问题。该方法将印刷聚合物树脂转化为石英玻璃所需的热量从1100℃降低到220℃左右，并将固化时间从12小时以上缩短到5小时，可用于生产微型透镜、玻璃芯片等各种玻璃微结构。相关研究成果发表在《科学·进展》期刊上。


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  • 原文来源：https://research.gatech.edu/new-process-3d-prints-glass-microstructures-low-temperature-fast-curing
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  • 《低温深紫外技术催生3D打印玻璃的革新》
    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
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    • 发布时间：2023-10-23
    • 传统的3D打印技术通常需要高温和大量资源，特别是当涉及到玻璃制造时，这个过程变得更加复杂和耗时。但近日，佐治亚理工学院的一支研究团队采用了创新方法，利用深紫外光（DUV）而非极高温度，成功制造出微型石英玻璃结构。这一3D打印技术产生的微结构可以广泛应用于光学、微流体、医疗设备等领域，同时节省时间和资源。相关研究成果已发表于Science Advances。 低温3D打印技术的创新 传统的3D打印玻璃技术需要高温和大量能源，通常在超过1100°C的高温条件下进行。这种方法不仅耗时，而且非常耗能。然而，佐治亚理工学院的研究团队采用了一种全新的方法，他们使用了深紫外光（DUV），而不是高温，来实现3D打印玻璃。这一技术创新不仅提高了效率，还大大降低了成本。 研究人员使用这种原材料制造出不超过人类头发宽度的3D打印玻璃结构。研究人员采用了一种基于广泛使用的软聚合物（PDMS）的光敏树脂（左图）。右侧的样品是使用DUV光将光树脂转化为硬化的无机玻璃而制成的玻璃 基于PDMS树脂的墨水 研究人员采用了光敏聚二甲基硅氧烷（PDMS）树脂作为3D打印结构的墨水。使用双光子聚合（2PP），这是一种高精度的3D打印技术，他们将PDMS树脂塑造成微结构。接下来，在臭氧环境下，他们使用DUV光将2PP打印的PDMS微结构转化为石英玻璃。这一创新方法为玻璃制造带来了崭新的可能性。 石英玻璃的优势 经过一系列的化学表征技术验证，研究人员证实PDMS结构成功转化为石英玻璃。这种3D打印的石英玻璃具有高度透明性和光滑的表面，与商业熔融石英玻璃相媲美。而且，整个打印过程中，最高加工温度仅约为220°C，耗时不到5小时。这为制造高质量、低成本的玻璃微结构打开了新的大门。 D打印的玻璃微流体通道，显示为中空且充满液体 多用途的应用 这一低温3D打印技术不仅提高了生产效率，还为各种领域带来了新的机会。研究人员已经成功制造了多种复杂的3D玻璃微结构，包括透镜和微流体通道。透镜可以应用于医疗设备，如内窥镜，而低粗糙度、高品质的微流体通道比传统聚合物芯片更具优势，因为它们可以抵抗化学腐蚀。 未来展望 这一技术的进一步发展将有望推动微电子产品领域的制造。微电子领域通常使用半导体材料，其耐高温性有限，但采用低温3D打印技术，可以更为高效地制造玻璃结构的微电子产品。现有的3D打印玻璃方法可能需要数天才能完成，但低温3D打印技术大大缩短了制造周期，提高了能源利用效率。 总之，佐治亚理工学院的创新研究将3D打印玻璃推向了新的境界，为制造业带来更高效、低成本的玻璃制造技术。
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  • 《科学家开发出一种方法可在低温度下制造3D打印纳米级玻璃结构》
    • 来源专题：光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者：husisi
    • 发布时间：2023-06-08
    • 来自卡尔斯鲁厄理工学院、加州大学欧文分校和爱德华兹生命科学公司的材料科学家已经开发出一种方法，可以在比以前的方法低得多的温度下 3D 打印纳米级玻璃结构。 在他们发表在《科学》杂志上的研究中，Jens Bauer、Cameron Crook 和 Tommaso Baldacchini 使用他们的技术打印了各种纳米结构。帕多瓦大学的 Paolo Colombo 和 Giorgia Franchin 在同一期期刊上发表了一篇 Perspective 文章，概述了用于打印纳米级玻璃和陶瓷的方法以及团队在这项新工作中所做的工作。 近年来，3D打印已应用于各种应用，产生了令人印象深刻的艺术作品、更便宜的产品和高度详细的物理模型。引起人们兴趣的一个应用是纳米级的 3D 打印物体——此类物体可用于制造微型电子设备，尤其是那些使用光的部件。到目前为止，大多数此类应用仅限于生产由聚合物制成的物体，因为基础材料可以很容易地熔化，然后通过冷却硬化。 但是聚合物不能提供基于光的纳米光子学所需的分辨率。不幸的是，由于烧结（熔化形成固体）需要极高的温度，因此打印 3D 玻璃结构的尝试只取得了部分成功。在这项新的努力中，研究团队找到了一种在几乎是传统方法一半的温度下打印纳米级结构的方法。 与其他方法不同，研究人员没有使用悬浮的二氧化硅纳米粒子，而是围绕多面体低聚倍半硅氧烷分子创建了液态树脂笼状结构。然后该团队使用树脂作为墨水来 3D 打印物体，然后将它们加热到 650°C（其他方法需要加热到 1100°C）。加热去除了有机成分并将笼子锻造成连续的玻璃材料。 该团队通过 3D 打印微透镜和其他微小物体测试了他们的方法，并建议将其用于光学级熔融石英的片上打印。
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