Figura 1. Un resumen gráfico que muestra:(a) precursores orgánicos e inorgánicos crudos usados, sus proporciones molares en la síntesis; (b) fotopolimerización láser y tecnología de calcinación a alta temperatura; (c) nanoredes formadas en fase cristalina después de la calcinación (cristobalita, SiO2, zircón, ZrO2 monoclínico y ZrO2 tetragonal); todas estas fases se pueden observar y ajustar según la temperatura de tratamiento y las composiciones iniciales de los materiales híbridos. Crédito:Compuscript Ltd
Una nueva publicación de Opto-Electronic Advances revisa la fabricación aditiva por láser de nanoestructuras 3D de fase cristalina sintonizable de Si/ZrO2.
Se desarrolló una ruta para la nanoimpresión láser de estructuras cristalinas 3D empleando litografía láser ultrarrápida, utilizada como herramienta de fabricación aditiva para producir verdaderas nanoestructuras 3D, y combinada con un postratamiento térmico a alta temperatura, convirtiendo el material impreso en una sustancia totalmente inorgánica.
El trabajo experimental interdisciplinario reveló el potencial de sintonizar la estructura cerámica resultante en distintas fases cristalinas, como cristobalita, SiO2 , ZrSiO4 , m-ZrO2 , t-ZrO2 . El enfoque propuesto logró por debajo de 60 nm para dimensiones de características individuales sin ningún tipo de formación de haz o técnicas de exposición complejas, lo que lo hace reproducible con otras configuraciones de escritura directa láser estándar establecidas o personalizadas. El principio es compatible con las plataformas disponibles comercialmente (por ejemplo:Nanoscribe, MultiPhoton Optics, Femtika, Workshop of Photonics, UpNano, MicroLight y otras). La Figura 1 resume gráficamente el enfoque, los pasos del procedimiento involucrado y el resultado resultante.
En resumen, la validación de la técnica combinada de fabricación por láser y tratamiento térmico convierte la litografía multifotónica láser generalizada en una poderosa herramienta que permite la fabricación aditiva de cerámica cristalina con una precisión y flexibilidad tridimensional sin precedentes. Es un logro histórico en el procesamiento asistido por láser ultrarrápido de materiales inorgánicos y establece un nuevo estándar alto para la fotopolimerización 3D láser a nanoescala, que ya no está limitada a la limitación de polímeros o materiales plásticos. Mientras que las resinas de origen vegetal y de origen biológico están ampliando las aplicaciones en biomedicina y ciencias de la vida, la producción de nanoestructuras inorgánicas 3D está abriendo nuevos campos de investigación orientados a la tecnología científica y permitiendo a la industria adquirir opciones para la producción de nanomecánica 3D, nanoelectrónica , microóptica y nanofotónica, telecomunicaciones mejoradas y chips de detección.
Figura 2. Se dibuja un mapa de litografía 3D de mesoescala o, en otras palabras, impresión 3D real:multiescala y multimaterial. Cubre dimensiones desde características individuales por debajo de la longitud de onda de la luz VIS (subdifracción) hasta objetos 3D con tamaños superiores a milímetros, al tiempo que garantiza un escalado continuo sin espacios ni limitaciones en el medio. En el otro ángulo de visión, los materiales están a todo color, asemejándose a:biopolímeros y proteínas como resinas naturales y puramente orgánicas, materiales híbridos que ofrecen propiedades vítreas o compuestos con funcionalidades específicas mejoradas, y finalmente sustancias inorgánicas como cerámicas o cristales. . Todo esto se puede realizar a través de litografía 3D de mesoescala láser y es una herramienta para aplicaciones en (a) nanofotónica; b) microóptica y creación de prototipos de precisión en microfluídica y micromecánica; (c) bio-andamios. Crédito:Compuscript Ltd
El Dr. Darius Gailevičius con el Prof. Mangirdas Malinauskas del Grupo de Nanofotónica Láser (Centro de Investigación Láser, Facultad de Física, Universidad de Vilnius) propusieron un enfoque para la fabricación aditiva 3D con láser de estructuras a nanoescala a partir de materiales inorgánicos. Los objetos impresos con láser fueron posteriormente tratados térmicamente para eliminar por completo la parte orgánica del material híbrido, convirtiendo así la sustancia en materia inorgánica pura. Los miembros del grupo antes mencionados, que colaboraron con el científico de materiales Prof.Simas Šakirzanovas (Departamento de Química Aplicada, Facultad de Química y Geociencias, Universidad de Vilnius) anticiparon el potencial de la síntesis sol-gel y la transformación química de la sustancia en fases diversas y sintonizables precisamente controlando la proporción inicial de ingredientes y el protocolo de procesamiento de calcinación. El principal trabajo experimental fue realizado por Ph.D. estudiante Greta Merkininkaitė con la ayuda del estudiante junior Edvinas Aleksandravičius. Un posdoctorado, el Dr. Darius Gailevičius, presentó conocimientos conceptuales esenciales y revisó el flujo de trabajo experimental.
Los hallazgos son importantes para todo un espectro de investigación científica y campos industriales. Extiende la tecnología de polimerización láser de dos fotones ampliamente establecida hacia la fabricación aditiva de estructuras cerámicas y cristalinas con una definición de característica inferior a 100 nm. Esto hace obsoleta la limitación anterior de los polímeros orgánicos o híbridos empleados. También permite la producción de nanoestructuras 3D de fase cristalina inorgánica y sintonizable, que superan las opciones de materiales disponibles anteriormente o la flexibilidad estructural limitada (geometrías 2D o 2,5D).
En otras palabras, la impresión 3D óptica ahora ofrece fabricación aditiva de varios cristales. El principio es ventajoso en la fabricación de componentes tridimensionales nanofotónicos, microópticos, nanomecánicos, microfluídicos, nanoelectrónicos y biomédicos. Actualiza la impresora láser 3D a nanoescala de blanco y negro a todo color, ya que los colores están representados por un material específico y sus propiedades inherentes. En la Figura 2 se proyectan visualmente variaciones continuas de escala y materiales. Una opción novedosa de materiales inorgánicos de impresión 3D real es un hito en la evaluación comparativa:actualizar la litografía láser 3D existente a un nuevo nivel de explotación. Resina de base biológica:un gran avance en la creación rápida de prototipos
