Figura 1. Un riepilogo grafico che mostra:(a) precursori organici e inorganici grezzi utilizzati, i loro rapporti molari in sintesi; (b) fotopolimerizzazione laser e tecnologia di calcinazione ad alta temperatura; (c) nanoreticoli in fase cristallina formati dopo la calcinazione (cristobalite, SiO2, zircone, ZrO2 monoclino e ZrO2 tetragonale); Tutte queste fasi possono essere osservate e regolate a seconda della temperatura di trattamento e delle composizioni iniziali dei materiali ibridi. Credito:Compuscript Ltd
Una nuova pubblicazione da Opto-Electronic Advances esamina la produzione additiva laser di nanostrutture 3D in fase cristallina sintonizzabile Si/ZrO2.
È stato sviluppato un percorso per la nanostampa laser di strutture cristalline 3D utilizzando la litografia laser ultraveloce, utilizzata come strumento di produzione additiva per la produzione di vere nanostrutture 3D e combinata con il post-trattamento termico ad alta temperatura, convertendo il materiale stampato in sostanza completamente inorganica.
Il lavoro sperimentale interdisciplinare ha rivelato il potenziale di sintonizzare la struttura ceramica risultante in fasi cristalline distinte, come cristobalite, SiO2 , ZrSiO4 , m-ZrO2 , t-ZrO2 . L'approccio proposto ha raggiunto meno di 60 nm per le dimensioni delle singole caratteristiche senza alcuna modellatura del raggio o tecniche di esposizione complesse, rendendolo così riproducibile con altre configurazioni di scrittura diretta laser standard o personalizzate stabilite. Il principio è compatibile con le piattaforme disponibili in commercio (ad esempio:Nanoscribe, MultiPhoton Optics, Femtika, Workshop of Photonics, UpNano, MicroLight e altre). La Figura 1 riassume graficamente l'approccio, i passaggi della procedura coinvolti e il risultato risultante.
In breve, la convalida della tecnica combinata di produzione laser e trattamento termico aggiorna la diffusa litografia laser multi-fotone a un potente strumento che consente la produzione additiva di ceramiche cristalline con una precisione e una flessibilità tridimensionale senza precedenti. Si tratta di una pietra miliare nella lavorazione ultraveloce assistita da laser di materiali inorganici e stabilisce un nuovo standard elevato per la fotopolimerizzazione laser 3D su scala nanometrica, che non è più limitata alla limitazione dei soli materiali polimerici o plastici. Mentre le resine di origine biologica e di origine vegetale stanno estendendo le applicazioni nella biomedicina e nelle scienze della vita, la produzione di nanostrutture inorganiche 3D sta aprendo nuovi campi di ricerca orientati alla tecnologia scientifica e consentendo all'industria di acquisire opzioni per la produzione di nanomeccanica 3D, nanoelettronica , micro-ottica e nano-fotonica, telecomunicazioni potenziate e chip di rilevamento.
Figura 2. Viene disegnata una mappa della litografia 3D mesoscala o in altre parole della vera stampa 3D:multiscala e multimateriale. Copre dimensioni da singole caratteristiche al di sotto della lunghezza d'onda della luce VIS (sub-diffrazione) fino a oggetti 3D di dimensioni superiori ai millimetri, garantendo al contempo un ridimensionamento continuo senza interruzioni o limitazioni intermedie. Dall'altro punto di vista, i materiali sono a colori, così somigliano a:biopolimeri e proteine come resine naturali e puramente organiche, materiali ibridi che offrono proprietà simili al vetro o compositi con funzionalità specifiche potenziate, e infine sostanze inorganiche come ceramiche o cristalli . Tutto ciò può essere realizzato tramite litografia 3D a mesoscala laser ed è uno strumento per applicazioni in (a) nanofotonica; (b) micro-ottica e prototipazione di precisione in microfluidica e micromeccanica; (c) bio-scaffold. Credito:Compuscript Ltd
Il Dr. Darius Gailevičius con il Prof. Mangirdas Malinauskas del Laser Nanophotonics Group (Laser Research Center, Physics Faculty, Vilnius University) ha proposto un approccio per la produzione additiva 3D laser di strutture su scala nanometrica da materiali inorganici. Gli oggetti stampati al laser sono stati successivamente trattati termicamente in modo da rimuovere completamente la parte organica del materiale ibrido, convertendo così la sostanza in pura materia inorganica. I suddetti membri del gruppo, in collaborazione con uno scienziato dei materiali Prof.Simas Šakirzanovas (Dipartimento di Chimica Applicata, Facoltà di Chimica e Geoscienze, Università di Vilnius) hanno anticipato il potenziale della sintesi sol-gel e del morphing chimico della sostanza in fasi diverse e sintonizzabili con precisione controllare il rapporto ingrediente iniziale e il protocollo di elaborazione della calcinazione. Il principale lavoro sperimentale è stato svolto dal Ph.D. studentessa Greta Merkininkaitė con l'assistenza dello studente giovane Edvinas Aleksandravičius. Un post-dottorato, il dottor Darius Gailevičius, ha introdotto approfondimenti concettuali essenziali e ha rivisto il flusso di lavoro sperimentale.
I risultati sono importanti per un intero spettro di ricerca scientifica e settori industriali. Estende la diffusa tecnologia di polimerizzazione laser a due fotoni alla produzione additiva di strutture ceramiche e cristalline con una definizione delle caratteristiche inferiore a 100 nm. Ciò rende obsoleta la precedente limitazione dei polimeri organici o ibridi impiegati. Consente inoltre la produzione di nanostrutture 3D in fase cristallina inorganica e sintonizzabile, che stanno superando le scelte di materiali precedentemente disponibili o la flessibilità strutturale limitata (geometrie 2D o 2.5D).
In altre parole, la stampa 3D ottica offre ora la produzione additiva di vari cristalli. Il principio è vantaggioso nella realizzazione di componenti tridimensionali nano-fotonici, micro-ottici, nano-meccanici, microfluidici, nano-elettronici e biomedici. Aggiorna la stampante laser 3D in nanoscala dal bianco e nero a un colore pieno, poiché i colori sono rappresentati da materiale specifico e dalle sue proprietà intrinseche. Nella Figura 2 vengono proiettate visivamente il ridimensionamento continuo e le variazioni del materiale. Una nuova opzione di veri materiali inorganici per la stampa 3D è una pietra miliare del benchmarking:l'aggiornamento della litografia laser 3D esistente a un nuovo livello di sfruttamento. + Esplora ulteriormente
