소결 없이 유리를 3차원 인쇄하는 방법

순수 이산화규소로 마이크로 및 나노미터 규모의 석영 유리 구조를 인쇄하면 광학, 포토닉스 및 반도체 기술 분야에서 많은 새로운 응용 분야가 열립니다. 지금까지 공정은 기존 소결을 기반으로 했습니다. 이산화규소 나노입자를 소결하는 데 필요한 온도는 1,100°C 이상이며, 이는 반도체 칩에 직접 증착하기에는 너무 뜨거운 온도입니다. KIT 나노기술연구소(INT)의 Jens Bauer 박사가 이끄는 팀이제 새로운 프로세스를 개발했습니다.훨씬 낮은 온도에서도 고해상도와 우수한 기계적 성질을 지닌 투명한 석영유리를 생산합니다.

KIT에서 Emmy Noether Junior Research Group "Nanoarchitected Metamaterials"를 이끌고 있는 Bauer와 캘리포니아 대학(University of California, Irvine) 및 Edwards Lifesciences(Irvine) 회사의 동료들은 Science에서 이 프로세스를 발표합니다. 이들은 유기-무기 하이브리드 고분자 수지를 공급원료로 사용합니다. 이 액체 수지는 유기 작용기가 장착된 작은 새장 모양의 이산화규소 분자인 소위 다면체 올리고머 실세스퀴옥산(POSS) 분자로 구성됩니다.

3D 프린팅을 통해 재료를 가교시켜 3D 나노 구조를 형성한 후 공기 중에서 650°C로 가열하여 유기 성분을 제거합니다. 동시에 무기 POSS 케이지가 합쳐져 ​​연속적인 석영 유리 미세 구조 또는 나노 구조를 형성합니다. 이 목적에 필요한 온도는 나노입자 소결 기반 공정에 필요한 온도의 절반에 불과합니다.

Bauer는 “낮은 온도로 인해 가시광선 나노포토닉스에 필요한 해상도를 갖춘 견고한 광학 등급 유리 구조를 반도체 칩에 직접 자유롭게 인쇄할 수 있습니다.”라고 설명합니다. 우수한 광학 품질 외에도 생산된 석영 유리는 우수한 기계적 특성을 가지며 쉽게 가공할 수 있습니다.

Karlsruhe와 Irvine의 연구원들은 POSS 수지를 사용하여 독립형 광결정, 97nm 폭 빔, 포물선형 마이크로렌즈, 나노구조 요소가 있는 다중 렌즈 마이크로 대물렌즈 등 다양한 나노구조를 인쇄했습니다. Bauer는 “우리 공정은 혹독한 화학적 또는 열적 조건에서도 안정적으로 유지되는 구조를 생산합니다.”라고 말합니다.

KIT 연구 부사장인 Oliver Kraft 교수는 “Jens Bauer가 이끄는 INT 그룹은 3DMM2O 우수 클러스터와 관련이 있습니다.”라고 말합니다. "현재 Science에 발표된 연구 결과는 클러스터에서 초기 단계 연구자가 어떻게 성공적으로 지원되는지 보여주는 한 가지 예일 뿐입니다." 3D Matter Made to Order, 줄여서 3DMM2O는 KIT와 하이델베르그 대학교가 공동으로 운영하는 우수 클러스터입니다. 자연과학과 공학을 결합하여 고도의 학제간 접근을 추구합니다. 이는 3D 적층 제조를 분자 수준에서 거시적 차원까지 한 단계 더 높이는 것을 목표로 합니다.

- 본 보도자료는 원래 칼스루에 공과대학 웹사이트에 게시된 것입니다.