Nanomatériaux : Impression 3D de verre sans frittage
Le procédé fonctionne à des températures relativement basses et permet d'atteindre la plus haute résolution pour une utilisation dans l'optique et les semi-conducteurs
Un nouveau procédé mis au point à l'Institut de technologie de Karlsruhe (KIT) permet d'imprimer des structures en verre de quartz à l'échelle nanométrique directement sur des puces à semi-conducteurs. Une résine polymère hybride organique-inorganique est utilisée comme matière première pour l'impression 3D de dioxyde de silicium. Comme le processus fonctionne sans frittage, les températures requises sont nettement plus basses. Simultanément, l'augmentation de la résolution permet la nanophotonique en lumière visible. Les chercheurs ont publié un rapport dans la revue Science.
L'impression de structures en verre de quartz à l'échelle micro et nanométrique à partir de dioxyde de silicium pur ouvre la voie à de nombreuses nouvelles applications dans les domaines de l'optique, de la photonique et des technologies des semi-conducteurs. Jusqu'à présent, les procédés étaient basés sur le frittage conventionnel. Les températures requises pour le frittage des nanoparticules de dioxyde de silicium sont supérieures à 1100°C, ce qui est beaucoup trop chaud pour un dépôt direct sur des puces semi-conductrices. Une équipe dirigée par le Dr Jens Bauer de l'Institut de nanotechnologie (INT) du KIT a mis au point un nouveau procédé pour produire du verre de quartz transparent avec une haute résolution et d'excellentes propriétés mécaniques à des températures beaucoup plus basses.
Une résine polymère hybride organique-inorganique comme matière première
M. Bauer, qui dirige le groupe de recherche Emmy Noether "Nanoarchitected Metamaterials" au KIT, et ses collègues de l'université de Californie à Irvine et de la société Edwards Lifesciences à Irvine présentent le procédé dans la revue Science. Ils utilisent une résine polymère hybride organique-inorganique comme matière première. Cette résine liquide est constituée de molécules de silsesquioxane oligomérique polyédrique (POSS), qui sont de petites molécules de dioxyde de silicium en forme de cage dotées de groupes fonctionnels organiques.
Après avoir réticulé le matériau par impression 3D pour former une nanostructure 3D, il est chauffé à 650°C dans l'air pour éliminer les composants organiques. Dans le même temps, les cages POSS inorganiques coalescent et forment une microstructure ou une nanostructure continue en verre de quartz. La température requise à cette fin est deux fois moins élevée que celle des procédés basés sur le frittage de nanoparticules.
Les structures restent stables même dans des conditions chimiques et thermiques difficiles
"La température plus basse permet l'impression de formes libres de structures de verre robustes et de qualité optique avec la résolution nécessaire pour la nanophotonique en lumière visible, directement sur des puces semi-conductrices", explique M. Bauer. Outre une excellente qualité optique, le verre de quartz produit présente d'excellentes propriétés mécaniques et peut être facilement transformé.
Les chercheurs de Karlsruhe et d'Irvine ont utilisé la résine POSS pour imprimer diverses nanostructures, notamment des cristaux photoniques de 97 nm de large, des microlentilles paraboliques et un micro-objectif à lentilles multiples avec des éléments nanostructurés. "Notre procédé produit des structures qui restent stables même dans des conditions chimiques ou thermiques difficiles", explique M. Bauer.
"Le groupe INT dirigé par Jens Bauer est associé au pôle d'excellence 3DMM2O", déclare le professeur Oliver Kraft, vice-président de la recherche du KIT. "Les résultats de la recherche publiés aujourd'hui dans Science ne sont qu'un exemple de la manière dont les chercheurs en début de carrière sont soutenus avec succès dans le cadre du cluster. 3D Matter Made to Order, ou 3DMM2O, est un pôle d'excellence commun au KIT et à l'université de Heidelberg. Il poursuit une approche hautement interdisciplinaire en combinant les sciences naturelles et l'ingénierie. Il vise à faire passer la fabrication additive 3D au niveau supérieur, du niveau des molécules aux dimensions macroscopiques.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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