江蘇鐳射聯盟導讀：
Rice大學3D列印奈米結構玻璃，助力光子晶體新發展。
雙光子聚合
世界著名的私立研究型大學——Rice大學位於德克薩斯州休斯頓，其科研人員最近有了全新突破——可以“定製”複雜的、微型晶體/玻璃圖案。該校材料學科學家正在用一臺複雜的3D印表機製造二氧化矽奈米結構。
眾所周知，微納加工大致可以分為“自上而下”和“自下而上”兩類。“自上而下”是傳統的加工方法，是從宏觀物件出發，以光刻工藝為基礎，對材料或原料進行加工，最小結果尺寸和精度通常由光刻或刻蝕環節的分辨力決定。而“自下而上”技術則是從微觀世界出發，透過控制原子、分子和其他奈米物件的相互作用力將各種單元構建在一起，形成微納結構與器件。該校的研究獨特之處就在於展示了一種“自下而上”製造微電子、機械和光子器件的方法。產品設計裡可摻雜元素或其他物質，從而使其晶體結構可以根據不同的應用進行調整。
George R. Brown工程學院材料科學和奈米工程教授Jun Lou領導的這項研究發表在《Nature Materials》雜誌上。
從顯微鏡影象中看到的萊斯大學材料科學家印刷的精緻結構，燒結使它們變成玻璃或方石英。
電子工業建立在矽的基礎上，矽是微處理器幾十年來常用的半導體襯底。Rice大學的研究透過顛覆自上而下的製造過程來解決該製造方法的侷限性。Lou解釋說：“用傳統的光刻技術製作複雜的三維幾何圖形非常困難，而且這一過程還需要使用多種化學物、進行多步驟操作。即使付出了全部的努力，結果也許不盡人意，甚至有些結構根本不可能用這些方法來製造。
該大學的創新研究原則上可以列印任意的3D形狀，這對於製造獨特的光子器件極具價值！
該實驗室使用雙光子聚合工藝來列印只有幾百奈米寬、小於光波長的結構。鐳射透過促使墨水吸收雙光子來進行“書寫”，引發材料的自由基聚合（free radical polymerization）。
亞200奈米（小於200奈米）二氧化矽結構的雙光子印刷工藝。
當談及3D列印紫外光的使用、固化塗層和牙科相關應用時，該大學研究生和合著者Boyu Zhang說：“正常聚合涉及聚合物單體和光引發劑，即吸收光併產生自由基的分子。而在我們的過程中，光引發劑同時吸收兩個光子，這一過程需要大量能量，這種能量即使是很小的峰值也會引起聚合，而且發生在很小的空間內。這就是為什麼這個過程允許我們超越光的衍射極限。”
“獨特的墨水”
印刷過程需要用到Rice大學實驗室開發的“獨特墨水”。研究人員創造了一種獨特的樹脂，其中含有摻雜聚乙二醇的二氧化矽微球，以使其可溶。
印刷後，透過高溫燒結固化該結構，消除產品中的所有聚合物，留下非晶玻璃或多晶方石英。“當加熱時，材料經歷從玻璃到晶體的階段，溫度越高，晶體變得越有序，”Lou說。
萊斯大學材料科學家Jun Lou(左)和研究生Boyu Zhang是印刷亞200奈米解析度的玻璃和晶體3D晶格團隊的一員。來源：Jeff Fitlow
實驗室還展示了用各種稀土鹽摻雜材料，使產品光致發光（光學應用的一個重要特性）。實驗室的下一個目標是改進工藝，達到亞10奈米的解析度。
來源：optics.org,RICE UNIVERSITY
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