In een recente publicatie in het tijdschrift Trends in Chemistry , verdiepen onderzoekers van de Universiteit Twente zich in de mogelijkheden van 3D-printen van keramiek in micro-optica. Deze kleine keramische structuren kunnen mogelijk worden gebruikt om licht te genereren en informatie op te slaan. "Laten we keramiek zo klein maken dat het licht kan manipuleren."

Zoals bij veel publicaties begon het artikel met nieuwsgierigheidsgedreven studenten. J.P. Winczewski (voormalig Ph.D.), J. Arriaga-Dávila (meester nanotechnologie) en C. Rosero-Arias (Ph.D.) doken in 3D-printkeramiek buiten ons gezichtsvermogen. "In plaats van iets groots te printen, besloten we het andersom te doen en extreem kleine gedrukte structuren te maken", zegt Arturo Susarrey-Arce, universitair docent bij de onderzoeksgroep Mesoscale Chemical Systems van de Universiteit Twente.

Keramiek is zeer krachtig op het gebied van micro-optica vanwege hun licht-materie-interactie-eigenschappen. Het is bekend dat de lichtsnelheid in een vacuüm onverslaanbaar hoog is. Glas en keramiek hebben echter een hogere brekingsindex, wat betekent dat licht wordt afgeremd terwijl het zich door het geschikte materiaal voortplant. "Kijkend naar de toekomst kan keramiek met 3D-architectuur bijdragen aan optische communicatie en lichtcircuits met de juiste materiaalcombinatie en compositie", zegt Susarrey-Arce.

Zoals de naam al doet vermoeden impliceert 3D-printen het nauwkeurig vormgeven van micro-optica in alle drie de dimensies. "Miniaturisatie vindt doorgaans plaats in 2D, maar er is nog steeds veel ruimte in de derde dimensie", legt Susarrey-Arce uit. Om verder te komen, zijn er echter nog steeds uitdagingen die moeten worden overwonnen. 3D-keramisch printen moet bijvoorbeeld aan belangrijke kenmerken voldoen.

Om 3D-keramisch printen te integreren in micro-optica bij lage temperaturen, moeten de onderzoekers perfecte microarchitecturen bereiken met de hoogste ruimtelijke precisie. Dit aspect is gedeeltelijk afhankelijk van de beschikbaarheid van verschillende harsen die hun eigenschappen veranderen bij blootstelling aan licht, waardoor ze tegelijkertijd kunnen worden bedrukt. Het ontwikkelen van dergelijke harsen blijft een uitdaging voor synthetisch chemici, een uitdaging waar we in het laboratorium dagelijks mee bezig zijn.

Meer informatie: J.P. Winczewski et al, Chemie op maat maken voor anorganische 3D-micro-optica, Trends in Chemistry (2024). DOI:10.1016/j.trechm.2023.12.005

Journaalinformatie: Trends in de chemie

Aangeboden door Universiteit Twente