Une nouvelle façon de réaliser l'impression 3D de verre de silice à l'échelle nanométrique permet des températures beaucoup plus basses

Rapport du 5 juin 2023

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par Bob Yirka, Phys.org

Des scientifiques des matériaux de l'Institut de technologie de Karlsruhe, de l'Université de Californie, d'Irvine et d'Edwards Lifesciences ont développé un moyen d'imprimer en 3D des structures de verre à l'échelle nanométrique à des températures beaucoup plus froides que les méthodes précédentes.

Dans leur étude, rapportée dans la revue Science, Jens Bauer, Cameron Crook et Tommaso Baldacchini ont utilisé leur technique pour imprimer une variété de nanostructures. Paolo Colombo et Giorgia Franchin de l'Université de Padoue ont publié un article Perspective dans le même numéro de revue décrivant les méthodes utilisées pour imprimer des verres et des céramiques à l'échelle nanométrique et le travail effectué par l'équipe sur ce nouvel effort.

Ces dernières années, l'impression 3D a été appliquée à une variété d'applications, résultant en des œuvres d'art impressionnantes, des produits moins chers et des modèles physiques très détaillés. Une application qui a suscité de l'intérêt est l'impression 3D d'objets à l'échelle nanométrique - ces objets sont utiles pour créer de minuscules appareils électroniques, en particulier les pièces qui utilisent la lumière. Jusqu'à présent, la plupart de ces applications se limitaient à la réalisation d'objets en polymères en raison de la facilité avec laquelle le matériau de base peut être fondu puis durci par refroidissement.

Mais les polymères ne fournissent pas la résolution nécessaire à la nanophotonique basée sur la lumière. Malheureusement, les tentatives d'impression de structures de verre 3D n'ont été que partiellement couronnées de succès en raison des températures extrêmement élevées requises pour le frittage (fusion pour former une masse solide). Dans ce nouvel effort, l'équipe de recherche a trouvé un moyen d'imprimer des structures à l'échelle nanométrique à des températures près de la moitié de celles des approches traditionnelles.

Au lieu d'utiliser des nanoparticules de silice en suspension, comme avec d'autres méthodes, les chercheurs ont créé une structure en forme de cage de résine liquide autour de molécules de silsesquioxane oligomères polyédriques. L'équipe a ensuite utilisé la résine comme encre pour imprimer des objets en 3D, puis les a chauffés à 650°C (d'autres méthodes nécessitant un chauffage à 1100°C). Le chauffage a éliminé les composants organiques et a forgé les cages en un matériau de verre continu.

L'équipe a testé son approche en imprimant en 3D des microlentilles et d'autres objets minuscules et suggère qu'elle pourrait être utilisée pour l'impression sur puce de silice fondue de qualité optique.

Plus d'information: J. Bauer et al, Une voie sans frittage et à basse température pour imprimer en 3D du verre de qualité optique à l'échelle nanométrique, Science (2023). DOI : 10.1126/science.abq3037

Paolo Colombo et al, Amélioration de la fabrication de nanostructures de verre, Science (2023). DOI : 10.1126/science.adi2747

Informations sur la revue :Science

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