纳米尺度的晶格从3D打印机流出

科学家正在创造大米材料纳米结构用精密的3D打印机将二氧化硅制成，展示了一种自下而上制造微型电子、机械和光子器件的方法。这些产品可以被掺杂，它们的晶体结构可以被调整以适应不同的应用。

这项研究由乔治·r·布朗工程学院的材料科学和纳米工程教授楼军领导，发表在《科学》杂志上自然材料．

电子工业是建立在硅的基础上的，硅是几十年来用于微处理器的基本半导体衬底。赖斯的研究从另一个角度解决了自上而下制造的局限性。

“用传统的光刻技术制作复杂的三维几何图形是非常困难的，”Lou说。“它也不是很‘绿色’，因为它需要很多化学物质和很多步骤。即使付出了这么多努力，有些结构还是无法用这些方法来构建。原则上，我们可以打印任意的3D形状，这对于制作奇异的光子器件来说是非常有趣的。“这正是我们想要展示的。”

该实验室使用双光子聚合工艺来打印只有几百纳米宽的结构，比光的波长还小。激光通过促使墨水吸收两个光子来“书写”线条，从而引发材料的自由基聚合。

“正常的聚合涉及聚合物单体和光引发剂，分子吸收光并产生自由基，”Rice研究生和联合作者张伯宇说，该过程通常使用紫外光新利18官方以及修复涂层和牙科应用。

“在我们的过程中，光引发剂同时吸收两个光子，这需要大量的能量，”他说。“只有非常小的能量峰值才会引起聚合，而且只发生在非常小的空间。这就是为什么这个过程可以让我们超越光的衍射极限。”

印刷过程需要莱斯实验室开发一种独特的油墨。张和莱斯大学校友、联合首席作者谢文文创造了含有二氧化硅纳米球的树脂，其中掺杂了聚乙二醇，使其易于溶解。

印刷后，结构经高温烧结固化，消除了产品中的所有聚合物，留下非晶态玻璃或多晶方石英。“当加热时，材料会经历从玻璃到晶体的阶段，温度越高，晶体变得越有序，”Lou说。

实验室还演示了在材料中掺杂各种稀土盐，使产品发光，这是光学应用的一个重要特性。该实验室的下一个目标是改进工艺，使其达到10纳米以下的分辨率。