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Nature:石英玻璃微加工3D打印工藝

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責任編輯:傳說的落葉
時間:2019-08-02 10:54

快乐10分玩法解释 www.uarjr.com [導讀]實現復雜三維中空微結構,發表于Nature子刊的石英玻璃微加工3D打印工藝

石英玻璃是一種應用于要求長期化學和機械穩定性以及優異光學性能環境的優選材料,微流控芯片就是這種材料的應用方向之一。但也正是由于石英玻璃材料的熱穩定性、化學穩定性以及機械硬度高,一直以來在石英玻璃種制造出微型復雜三維結構是充滿挑戰的。

  發表于Nature Communications期刊的研究論文“Fabrication of arbitrary three-dimensional suspended hollow microstructures in transparent fused silica glass”表明,借助微加工3D打印技術能夠克服這一難點,生成高精度的石英玻璃中空微結構。

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石英玻璃中的三維微流體混合器結構

來源:Nature

  熔融石英玻璃中的微結構通常通過濕法化學或干法蝕刻工藝制造。更復雜的結構可以用精密玻璃成形法,溶膠-凝膠或復制粉末爆破來制造。然而,所有這些技術僅能夠制造開放的二維通道結構,需要與平面基板結合才能夠制造簡單的懸浮中空微結構(例如,微流體通道)。

  根據研究論文,通過常用工藝難以在熔融石英玻璃內部形成自由形狀的中空結構。使用飛秒激光寫入以及用諸如氫氟酸(HF)之類的侵蝕性化學物質連續蝕刻照射區域是其中一種方法,但該方法在制造具有很少入口的長通道結構時,容易產生出現不均勻的情況,在制造錐形通道結構時,易導致朝向通道入口處的尺寸更寬。另外,溝道長度也會受到蝕刻工藝的限制,因為HF蝕刻顯示蝕刻速度隨溝道長度而減小,并且碎屑可快速阻擋溝道。

  為了克服這些問題,科研領域探索了不同的技術,但這些技術只適合制造簡單的通道幾何形狀。如為了克服對侵蝕性蝕刻解決方案的需求,有的科研人員開發了液體輔助消融的飛秒激光寫入,這種技術產生具有顯著表面粗糙度成分,因此需要通過后處理才能夠得到滿足光學質量的表面。

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  研究論文描述了一種能夠生成石英玻復雜3D微結構的工藝,具體來說,科研人員使用Nanoscribe雙光子3D打印技術制造了生成石英微流體通道的犧牲模板,微型的3D打印犧牲模板采用聚合物材料制造。

  科研人員將該3D打印微結構澆鑄在液體納米復合玻璃材料中,隨后用UV光在聚合物模板的頂部進行照光固化。然后對該結構進行熱處理,將納米復合材料轉變成熔融石英玻璃,并從內部熔化3D打印模板,在此過程中,溫度高達1300攝氏度,制造出帶有中空復雜微通道的石英玻璃結構。

  在對這一工藝進行研究的過程中,研究團隊成功的制造出直徑小至7微米的通道。通過石英玻璃混合器等精密測試部件,研究團隊展示了通過這種結合微型3D打印技術的工藝在制造復雜玻璃產品領域的可行性,也為玻璃材料的微細加工提供了可行性。

  根據3D科學谷的市場觀察,科研團隊所使用的Nanoscribe雙光子光刻3D打印技術已從科學研究應用走向工業市場,近期他們推出了面向工業微加工的自動化設備Quantum X,該設備小XY特征尺寸為160納米,用于生產折射和衍射微光學原型、圓晶規模制造以及聚合物母??燜僦圃?。

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