Ingenieros de UC Irvine inventan una forma de impresión óptica en 3D

La innovación permite la fabricación en chip para tecnologías en medicina, comunicaciones y otras aplicaciones

Un equipo de investigación dirigido por científicos de la Universidad de California, Irvine, ha desarrollado un nuevo método de baja temperatura para la impresión 3D de vidrio de grado óptico, abriendo la puerta a los sistemas microelectrónicos con capacidades nanofotónicas de luz visible de alta resolución.

La innovación es el tema de un artículo publicado recientemente en Science.

La combinación de óptica de alta precisión y microelectrónica podría permitir una nueva generación de tecnologías para su uso en medicina, navegación, comunicaciones, sensores remotos y otras aplicaciones. Pero los métodos tradicionales para imprimir vidrio óptico requieren una sinterización a alta temperatura que dañaría los materiales que componen esas mismas plataformas.

"Este trabajo allana el camino para la fabricación en chip", dijo el autor principal Jens Bauer, quien comenzó este proyecto como científico investigador de la UCI en ciencia e ingeniería de materiales, y quien ahora dirige el Laboratorio de Metamateriales de Nanoarquitectura en el Instituto de Tecnología Karlsruhe de Alemania. "Para prácticamente cualquier chip que pueda soportar 650 grados centígrados, será posible imprimir micro y nanoestructuras de vidrio transparente de alta calidad directamente en el chip". explicó Cameron Crook, investigador de UCI en ciencia e ingeniería de materiales y coautor del estudio.

El trabajo del equipo en UCI y KIT involucró el uso de un proceso de impresión 3D llamado polimerización de dos fotones o escritura láser directa. El método permite la creación de estructuras intrincadas a nanoescala, pero anteriormente involucraba principalmente formaciones en plástico utilizando resinas poliméricas fáciles de imprimir. La impresión 3D con materiales ópticos como el vidrio de sílice ha requerido la sinterización de nanopartículas a temperaturas de más de 1100 grados centígrados, lo suficientemente caliente para unir materiales sin licuar, pero demasiado caliente para depositarlos en chips semiconductores.

La solución de los investigadores fue utilizar como ingredientes una resina líquida construida alrededor de moléculas de "silsesquioxano oligomérico poliédrico" o POSS, que contienen pequeños grupos de vidrio compuestos por solo un puñado de átomos. Combinaron POSS con otras moléculas orgánicas para permitir la impresión 3D sin esfuerzo. La nanoestructura polimérica de previdrio reticulada resultante se calentó en aire a una temperatura de 650 grados centígrados, eliminando los componentes orgánicos para formar una nanoestructura de vidrio continua.

"Las piezas de vidrio obtenidas con la resolución más alta hasta ahora, hasta 97 nanómetros, eran químicamente perfectamente puras y de calidad óptica", dijo Bauer.

Agregó que esta técnica se puede ajustar para incluir materiales más allá del vidrio de sílice, revelando poderes completamente nuevos en los circuitos integrados. Los investigadores han solicitado una patente internacional para esta innovación.

El equipo de investigación incluyó a Tommaso Baldacchini de Edwards Lifesciences Inc., con sede en Irvine. La Fundación Alemana de Investigación proporcionó fondos y el Instituto de Investigación de Materiales de UC Irvine brindó apoyo para la obtención de imágenes.