研究人员发现锗，硅和钛对3D打印光学玻璃具有稳定性

时间：2019-10-05 21:03 来源：中国3D打印网作者：中国3D打印网阅读：次

中国3D打印网10月5日讯，劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）的Peter Palencia和Koroush Sasan在最近发表了《用于光学玻璃3D打印的基于溶胶凝胶的纳米颗粒》论文，他们正在使用3D打印和可印刷的钛锗硅在高性能光学领域进行进一步的创新。由胶体溶胶-凝胶原料制成的油墨。尽管玻璃对于试图透射，折射和反射光的科学家来说是一种非常有价值的材料，但帕伦西亚和萨桑指出了将玻璃用于像他们这样的工作时所面临的许多挑战。在这项研究中，他们着重研究了包覆有TiO2壳的核壳SiO2纳米颗粒和GeO2纳米颗粒的三元配方，可以用作直接墨水书写（DIW）透镜的原料。

“在原子水平上，可以根据玻璃中氧化物的组成将玻璃的折射率调整到某个值。例如，可以向玻璃中添加氧化钠和氧化钛以增加折射率。”作者解释说 “但是，将不同的掺杂剂引入玻璃中会带来潜在的问题，因为它们不仅会极大地改变玻璃的光学特性，而且还会影响其热力学稳定性和形成透明玻璃的整体可行性。”通过增材制造工艺，无论研究人员是在组织工程中使用细胞还是在树脂上进行印刷，新的“革命性方法”都可以创建各种材料。“尽管这些方法已经在其他材料的生产中取得了成功，但还没有开发出一种可靠的3D打印光学透镜的方法。”
“气泡”是一个典型的挑战-产生应力，然后导致破裂。还没有完全研究其他方法，例如通过UV固化墨水创建的玻璃。然而，在作者先前的研究中，使用气相法二氧化硅虽然取得了一些成功，但仍然发现它是“影响玻璃各个方面的不一致混合物。”它也容易聚集在一起，形成了太大而无法挤出的碎片。在这里，研究人员找到了一种避免热解法二氧化硅的解决方案，并将其替换为基于溶胶-凝胶的二氧化硅纳米粒子。它可以用于直接墨水书写：
“它的透明度，折射率和热膨胀系数可与商用镜片媲美。”作者发现，要制造功能性光学玻璃，他们必须依靠锗，二氧化硅和钛的组合。掺杂剂（氧化锗和氧化钛）导致折射率增加，同时仍保持功能和性能。与以前使用的二氧化硅油墨相比，新混合物提高了稳定性，同时在加热过程中仍必须格外小心，以免产生应力裂纹。

GeO2-SiO2-TiO2的制备主要分为四个阶段
研究人员总结说：“通过改变GeO2和TiO2的浓度，我们测试了玻璃在透明度和可印刷性方面的可行性。玻璃是透明的，至多7 mol％TiO2和14 mol％GeO2。同样，通过纳米颗粒的ζ电位可以看到玻璃的更高的胶体稳定性。
虽然这些玻璃并非完全没有裂纹，但已确定一定范围的温度是造成裂纹的原因。通过添加表面活性剂来优化三元玻璃并减少热处理过程中破裂的实验正在进行中。”

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用于光学玻璃3D打印的基于溶胶凝胶的纳米颗粒

[用于光学玻璃3D打印的基于溶胶凝胶的纳米颗粒]

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