Os engenheiros da UC Irvine inventam uma maneira de imprimir em 3D

A inovação permite a fabricação no chip para tecnologias em medicina, comunicações e outras aplicações

Uma equipe de pesquisa liderada por cientistas da Universidade da Califórnia, em Irvine, desenvolveu um novo método de baixa temperatura para impressão 3D em vidro de grau óptico, abrindo a porta para sistemas microeletrônicos com recursos nanofotônicos de luz visível e alta resolução.

A inovação é tema de um artigo publicado recentemente na Science.

Uma nova geração de tecnologias para uso em medicina, navegação, comunicações, sensoriamento remoto e outras aplicações pode ser viabilizada pela combinação de óptica de alta precisão e microeletrônica. Mas os métodos tradicionais de impressão de vidro óptico exigem sinterização em alta temperatura que causaria danos aos materiais que compõem essas mesmas plataformas.

“Este trabalho abre caminho para a fabricação no chip”, disse o principal autor Jens Bauer, que iniciou este projeto como cientista pesquisador da UCI em ciência e engenharia de materiais e agora lidera o Laboratório de Metamateriais Nanoarquitetos no Instituto de Tecnologia de Karlsruhe, na Alemanha. “Para praticamente qualquer chip que pode suportar 650 graus Celsius, será possível imprimir micro e nanoestruturas de vidro transparente de alta qualidade diretamente no chip”. explicou Cameron Crook, pesquisador da UCI em ciência e engenharia de materiais e coautor do estudo.

O trabalho da equipe na UCI e no KIT envolveu o uso de um processo de impressão 3D chamado polimerização de dois fótons ou gravação direta a laser. O método permite a criação de estruturas intrincadas em nanoescala, mas anteriormente envolvia principalmente formações em plástico usando resinas poliméricas fáceis de imprimir. A impressão 3D com materiais ópticos, como vidro de sílica, exigiu a sinterização de nanopartículas a temperaturas superiores a 1.100 graus Celsius, quente o suficiente para unir materiais sem liquefazer, mas muito quente para deposição em chips semicondutores.

A solução dos pesquisadores foi usar como ingredientes uma resina líquida construída em torno de "silsesquioxano poliédrico oligomérico", ou POSS, moléculas que contêm minúsculos aglomerados de vidro compostos por apenas um punhado de átomos. Eles combinaram o POSS com outras moléculas orgânicas para permitir a impressão 3D sem esforço. A nanoestrutura polimérica pré-vidro reticulada resultante foi aquecida ao ar a uma temperatura de 650 graus Celsius, removendo os componentes orgânicos para formar uma nanoestrutura de vidro contínua.

"As peças de vidro obtidas com a maior resolução de todos os tempos, até 97 nanômetros, eram quimicamente perfeitamente puras e de qualidade óptica", disse Bauer.

Ele acrescentou que esta técnica pode ser ajustada para incluir materiais além do vidro de sílica, revelando poderes inteiramente novos em circuitos integrados. Os pesquisadores solicitaram uma patente internacional para essa inovação.

A equipe de pesquisa incluiu Tommaso Baldacchini da Edwards Lifesciences Inc., com sede em Irvine. O financiamento foi fornecido pela German Research Foundation e o suporte de imagem foi fornecido pelo UC Irvine Materials Research Institute.