Инженеры из Университета Райса создали на 3D-принтере наноорнаменты из хрусталя и стекла. Результаты разработки наноинженеров опубликованы в журнале Nature Materials. Ученые создают наноструктуры из диоксида кремния с помощью сложного 3D-принтера. Их метод основан на печати микромасштабных электронных, механических и фотонных устройств снизу вверх. Продукты могут быть легированы, а их кристаллическая структура настроена для различных применений.

«Очень сложно создавать сложные трехмерные геометрии с помощью традиционных методов фотолитографии, — сказал Джун Лу, профессор материаловедения и наноинженерии инженерной школы Джорджа Р. Брауна. — Это также не очень “зеленый” метод, потому что для него требуется много химикатов и несколько этапов. И даже при выполнении всех требований некоторые конструкции невозможно построить с помощью этих методов».

Наноинженеры из Университета Райса научились создавать произвольные трехмерные формы, что может быть полезно для создания экзотических фотонных устройств.

На схеме, представленной в научной работе, в разрезе показан процесс двухфотонной печати кремнеземных структур с разрешением менее 200 нанометров.

В лаборатории используется процесс двухфотонной полимеризации для печати структур с линиями шириной всего несколько сотен нанометров, что меньше длины волны света. Лазеры «пишут» линии, «побуждая» чернила поглощать два фотона, инициируя свободнорадикальную полимеризацию материала.

«Нормальная полимеризация включает в себя полимерные мономеры и фотоинициаторы, молекулы, которые поглощают свет и генерируют свободные радикалы, — рассказал о процессе, в котором обычно используется ультрафиолетовый свет в 3D-печати, аспирант Бою Чжан. – В нашем процессе фотоинициаторы поглощают два фотона одновременно, что требует много энергии. Только очень маленький пик этой энергии вызывает полимеризацию и только в очень крошечном пространстве. Поэтому этот процесс позволяет нам выйти за пределы дифракционного предела света».

Для реализации этого метода печати потребовалось разработать уникальные чернила. Наноинженеры создали смолы, содержащие наносферы диоксида кремния, легированные полиэтиленгликолем, чтобы сделать их растворимыми. После печати структура затвердевает за счет высокотемпературного спекания, при котором из продукта удаляется весь полимер, а остается только аморфное стекло или поликристаллический кристобалит.

Следующая цель лаборатории: усовершенствовать процесс для достижения разрешения менее 10 нм.