За синтерирање* наночестички од силициум диоксид потребни се температури од преку 1100°C, што е премногу топло за директно таложење на полуспроводничките чипови. Но, тимот предводен од д-р Јенс Бауер од Институтот за нанотехнологија при Технолошкиот институтот во Карлсруе (КИТ) разви нов процес за производство на проѕирно кварцно стакло со висока резолуција и одлични механички својства на далеку пониски температури.

Бауер, кој ја предводи Јуниорската истражувачка група Еми Нетер „Метаматеријали со наноархитектура“ при КИТ, и неговите колеги од Универзитетот во Калифорнија, како и од компанијата Ирвин и Едвард Лајфсајансес, неодамна го презентира процесот во научното списание Сајанс (Science).

Како суровина тие употребуваат хибридна, органско-неорганска полимерна смола. Оваа течна смола се состои од таканаречени полиедарски олигомерни силсеквиоксански молекули (POSS) – мали молекули на силициум диоксид со структура налик на кафез, опремени со органски функционални групи.

Новиот ниско-температурен процес овозможува производство на голем број кварцни стаклени структури во наноразмери. (Слика: д-р Јенс Бауер, КИТ)

По вкрстено поврзување на материјалот со 3D печатење, за да се формира 3D наноструктурата, тој воздушно се загрева до 650°C, што овозможува отстранување на органските компоненти. Истовремено неорганските POSS кафези се спојуваат и формираат континуирана микроструктура, односно наноструктура од кварцно стакло. Температурата потребна за овој процес изнесува само половина од температурата потребна за извршување на процесите засновани на синтерирање на наночестички.

„Пониската температура овозможува печатење во слободна форма на робусни, стаклени структури од оптичка класа со резолуција потребна за нанофотоника во спектарот на видливата светлина, директно на полуспроводнички чипови“, објаснува Бауер. Освен одличниот оптички квалитет, произведеното кварцно стакло има и одлични механички својства и лесно може да се обработи.

Истражувачите од Карлсруе и Ирвин ја користеле POSS смолата за печатење на различни наноструктури, вклучувајќи и фотонски кристали за слободно стоечки зраци со ширина од 97 nm, параболични микролеќи и микрообјекти со повеќе леќи со наноструктурни елементи.

„Нашиот процес произведува структури кои остануваат стабилни дури и под тешки хемиски или термички услови“, вели Бауер.

*Синтерирање претставува агрегација на ситнозрнест материјал (од некои руди и рудни концентрати, градежни материјали, полимерни материјали) со загревање до температурата на топење на површината, при што зрната се топат и формираат цврсти, но порозни агломерати, т.н. синтер. Синтерирањето е честопати неопходно затоа што ситнозрнестите материјали тешко се транспортираат и ракуваат. Пелетирањето е слично на синтерувањето, при што материјалот најнапред се лепи со дејство на површинскиот напон на водата, а потоа се зацврстува со загревање, но без површинско топење.