La nueva forma de realizar la impresión 3D de vidrio de sílice a nanoescala permite temperaturas mucho más bajas

Informe del 5 de junio de 2023

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por Bob Yirka, Phys.org

Los científicos de materiales del Instituto de Tecnología de Karlsruhe, la Universidad de California, Irvine y Edwards Lifesciences han desarrollado una forma de imprimir en 3D estructuras de vidrio a nanoescala a temperaturas mucho más frías que los métodos anteriores.

En su estudio, publicado en la revista Science, Jens Bauer, Cameron Crook y Tommaso Baldacchini utilizaron su técnica para imprimir una variedad de nanoestructuras. Paolo Colombo y Giorgia Franchin, de la Universidad de Padova, publicaron un artículo de Perspective en el mismo número de la revista que describe los métodos utilizados para imprimir vidrios y cerámicas a nanoescala y el trabajo realizado por el equipo en este nuevo esfuerzo.

En los últimos años, la impresión 3D se ha aplicado a una variedad de aplicaciones, lo que ha dado como resultado impresionantes obras de arte, productos menos costosos y modelos físicos muy detallados. Una aplicación que ha generado interés es la impresión 3D de objetos a nanoescala; estos objetos son útiles para crear dispositivos electrónicos diminutos, en particular aquellas partes que usan luz. Hasta ahora, la mayoría de estas aplicaciones se han limitado a producir objetos hechos de polímeros debido a la facilidad con la que el material base puede fundirse y luego dejarse endurecer por enfriamiento.

Pero los polímeros no proporcionan la resolución necesaria para la nanofotónica basada en la luz. Desafortunadamente, los intentos de imprimir estructuras de vidrio en 3D solo han tenido un éxito parcial debido a las temperaturas extremadamente altas requeridas para la sinterización (fusión para formar una masa sólida). En este nuevo esfuerzo, el equipo de investigación encontró una manera de imprimir estructuras a nanoescala a temperaturas de casi la mitad de las de los enfoques tradicionales.

En lugar de utilizar nanopartículas de sílice suspendidas, como con otros métodos, los investigadores crearon una estructura en forma de jaula de resina líquida alrededor de moléculas de silsesquioxano oligoméricas poliédricas. Luego, el equipo usó la resina como tinta para imprimir objetos en 3D y luego los calentó a 650 °C (otros métodos requieren calentamiento a 1100 °C). El calentamiento eliminó los componentes orgánicos y forjó las jaulas en un material de vidrio continuo.

El equipo probó su enfoque mediante la impresión en 3D de microlentes y otros objetos diminutos y sugirió que podría usarse para la impresión en chip de sílice fundida de grado óptico.

Más información: J. Bauer et al, Una ruta de baja temperatura y sin sinterizar para imprimir vidrio de calidad óptica a nanoescala en 3D, Science (2023). DOI: 10.1126/ciencia.abq3037

Paolo Colombo et al, Mejora de la fabricación de nanoestructuras de vidrio, Science (2023). DOI: 10.1126/ciencia.adi2747

Información del diario:Ciencia

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