Figur 1. En grafisk sammanfattning som visar:(a) använda råa organiska och oorganiska prekursorer, deras molära förhållanden vid syntes; (b) laserfotopolymerisation och högtemperatur-kalcineringsteknik; (c) bildade nano-gitter i kristallin fas efter kalcinering (cristobalite, SiO2, zirkon, monoklin ZrO2 och tetragonal ZrO2); Alla dessa faser kan observeras och ställas in beroende på behandlingstemperaturen och initiala hybridmaterialsammansättningar. Kredit:Compuscript Ltd
En ny publikation från Opto-Electronic Advances granskar laseradditiv tillverkning av Si/ZrO2 avstämbara 3D nanostrukturer i kristallin fas.
En väg för lasernano-utskrift av 3D-kristallina strukturer utvecklades med hjälp av ultrasnabb laserlitografi, som används som additiv tillverkningsverktyg för att producera äkta 3D-nanostrukturer, och i kombination med högtemperatur termisk efterbehandling, omvandlar det tryckta materialet till helt oorganiskt ämne.
Det tvärvetenskapliga experimentella arbetet avslöjade potentialen i att ställa in den resulterande keramiska strukturen till distinkta kristallina faser, såsom kristobalit, SiO2 , ZrSiO4 , m-ZrO2 , t-ZrO2 . Det föreslagna tillvägagångssättet uppnåddes under 60 nm för individuella särdragsdimensioner utan någon strålformning eller komplexa exponeringstekniker, vilket gör den reproducerbar med andra etablerade standard- eller skräddarsydda laserdirektskrivinställningar. Principen är kompatibel med kommersiellt tillgängliga plattformar (till exempel:Nanoscribe, MultiPhoton Optics, Femtika, Workshop of Photonics, UpNano, MicroLight och andra). Figur 1 sammanfattar grafiskt tillvägagångssättet, involverade procedursteg och resulterande resultat.
Kort sagt uppgraderar valideringen av den kombinerade lasertillverknings- och värmebehandlingstekniken den utbredda laser-multifotonlitografin till ett kraftfullt verktyg som möjliggör additiv tillverkning av kristallin keramik med en oöverträffad precision och tredimensionell flexibilitet. Det är en milstolpeprestation inom ultrasnabb laserassisterad bearbetning av oorganiska material och sätter en ny hög standard för 3D-fotopolymerisation med laser i nanoskala, som inte längre är begränsad till begränsningen av bara polymer- eller plastmaterial. Medan biologiskt härledda och växtbaserade hartser utökar applikationerna inom biomedicin och biovetenskap, öppnar produktionen av oorganiska 3D-nanostrukturer nya vetenskapliga teknikorienterade forskningsfält och gör det möjligt för industrin att förvärva alternativ för produktion av 3D-nanomekanik, nanoelektronik , mikrooptik och nanofotonik, förbättrad telekommunikation och avkänningschips.
Figur 2. En karta över mesoscale 3D-litografi eller med andra ord äkta 3D-utskrift – multiscale och multi-material skissas. Den täcker dimensioner från individuella egenskaper under våglängden för VIS-ljus (sub-diffraktion) upp till 3D-objekt över millimeter i storlekar, samtidigt som den säkerställer kontinuerlig skalning utan mellanrum eller begränsningar däremellan. I den andra synvinkeln är materialen i fulla färger och liknar således:biopolymerer och proteiner som naturliga och rent organiska hartser, hybridmaterial som erbjuder glasliknande egenskaper eller kompositer med förbättrade specifika funktionaliteter, och slutligen oorganiska ämnen som keramik eller kristaller . Allt kan realiseras via laser mesoscale 3D litografi och är ett verktyg för tillämpningar inom (a) nanofotonik; (b) Mikrooptik och precisionsprototypframställning inom mikrofluidik och mikromekanik. c) bioställningar. Kredit:Compuscript Ltd
Dr. Darius Gailevičius med Prof. Mangirdas Malinauskas från Laser Nanophotonics Group (Laser Research Center, Physics Faculty, Vilnius University) föreslog ett tillvägagångssätt för laser 3D additiv tillverkning av nanoskala strukturer av oorganiska material. De lasertryckta föremålen värmebehandlades därefter för att helt avlägsna den organiska delen av hybridmaterialet och på så sätt omvandla ämnet till rent oorganiskt material. De tidigare nämnda gruppmedlemmarna som samarbetade med en materialvetare Prof.Simas Šakirzanovas (Institutionen för tillämpad kemi, fakulteten för kemi och geovetenskap, Vilnius universitet) förutsåg potentialen av sol-gel-syntes och kemisk omvandling av ämnet till olika och avstämbara faser med exakthet styra det initiala ingrediensförhållandet och kalcineringsbearbetningsprotokollet. Det huvudsakliga experimentella arbetet utfördes av Ph.D. student Greta Merkininkaitė med assistans av juniorstudent Edvinas Aleksandravičius. En post-doc Dr. Darius Gailevičius har introducerat viktiga konceptuella insikter och granskat det experimentella arbetsflödet.
Resultaten är viktiga för ett helt spektrum av vetenskaplig forskning och industriella områden. Den utökar den utbredda etablerade laser två-foton polymerisationsteknologin mot additiv tillverkning av keramiska och kristallina strukturer vid en sub-100 nm funktionsdefinition. Detta gör den tidigare begränsningen av de använda organiska eller hybridpolymererna föråldrade. Det möjliggör också produktion av oorganiska och avstämbara 3D-nanostrukturer i kristallin fas, som överträffar de tidigare tillgängliga materialvalen eller begränsad strukturell (2D- eller 2,5D-geometri) flexibilitet.
Med andra ord, den optiska 3D-utskriften erbjuder nu additiv tillverkning av olika kristaller. Principen är fördelaktig vid tillverkning av tredimensionella nanofotoniska, mikrooptiska, nanomekaniska, mikrofluidiska, nanoelektroniska och biomedicinska komponenter. Den uppgraderar laserskrivaren i 3D-nanoskala från svartvitt till fullfärg, eftersom färgerna representeras av specifikt material och dess inneboende egenskaper. I figur 2 projiceras kontinuerlig skalning och materialvariationer visuellt. Ett nytt alternativ för äkta 3D-utskrift av oorganiska material är en milstolpeprestation i benchmarking – uppgradering av den befintliga 3D-laserlitografin till en ny användningsnivå. + Utforska vidare
