Peter Palencia et Koroush Sasan du Laboratoire national Lawrence Livermore, récemment publiés dans la publication «Nanoparticules à base de sol-gel pour l'impression 3D du verre optique» innovent encore dans le domaine de l'optique de haute performance, utilisant l'impression 3D et la silice titane-germanium-imprimable imprimable encres à base de matières premières colloïdales sol-gel.
Bien que le verre soit un matériau précieux pour les scientifiques qui tentent de transmettre, de réfracter et de refléter la lumière, Palencia et Sasan soulignent les nombreux défis à relever pour l’utiliser comme travail. Pour cette étude, ils se sont concentrés sur une formulation ternaire de nanoparticules SiO2 cœur-enveloppe recouvertes d'une coquille de TiO2 et de nanoparticules de GeO2 pouvant servir de matière première pour les lentilles d'écriture directe à l'encre (DIW).
«Au niveau atomique, l’indice de réfraction du verre peut être ajusté à une certaine valeur en fonction de la composition des oxydes dans le verre. Par exemple, de l'oxyde de sodium et de l'oxyde de titane peuvent être ajoutés au verre pour augmenter l'indice de réfraction », expliquent les auteurs. "Cependant, l'introduction de différents dopants dans le verre crée des problèmes potentiels car ils modifient non seulement radicalement les propriétés optiques du verre, mais également sa stabilité thermodynamique et sa viabilité globale pour former un verre transparent."
Avec les procédés de fabrication additive, une nouvelle approche révolutionnaire permet de créer une large gamme de matériaux, que les chercheurs utilisent des cellules en ingénierie tissulaire ou impriment avec de la résine.
«Bien que ces méthodes aient connu du succès dans la production d'autres matériaux, aucune méthode robuste pour imprimer en 3D une lentille optique n'a été mise au point», ont déclaré les auteurs.
Les bulles sont un défi typique, entraînant un stress qui provoque ensuite une fissuration. D'autres méthodes n'ont pas encore été entièrement explorées, telles que le verre créé avec une encre durcissable par UV. Dans des recherches antérieures menées par les auteurs, cependant, utilisant de la silice fumée, ils avaient eu un certain succès, mais trouvaient tout de même qu'il s'agissait «d'un mélange incohérent qui affectait tous les aspects du verre». Il a également tendance à se regrouper, créant ainsi des pièces trop grandes pour l'extrusion. Ici, les chercheurs ont trouvé une solution en évitant la silice fumée et en la remplaçant par des nanoparticules de silice à base de sol-gel. Il peut être utilisé pour l'écriture directe à l'encre:
«Sa transparence, son indice de réfraction et son coefficient de dilatation thermique sont comparables à ceux d’un objectif commercial», ont déclaré les auteurs.
Les auteurs ont découvert que pour créer un verre optique fonctionnel, ils devaient s’appuyer sur une combinaison de germanium, de silice et de titane. Les dopants (oxyde de germanium et oxyde de titane) ont entraîné une augmentation de l'indice de réfraction, tout en maintenant la fonctionnalité et les performances.
Contrairement à l'utilisation antérieure d'encres à la silice, le nouveau mélange favorise la stabilité, mais il faut encore faire très attention pendant le chauffage pour éviter les fissures dues au stress.
La préparation de GeO2-SiO2-TiO2 comprend quatre étapes principales
«En faisant varier la concentration de GeO2 et de TiO2, nous avons testé la viabilité du verre en termes de transparence et d'imprimabilité», ont conclu les chercheurs. «Le verre était transparent jusqu'à 7% en moles de TiO2 et 14% en moles de GeO2. En outre, une plus grande stabilité colloïdale du verre pourrait être observée à travers le potentiel zêta des nanoparticules.
«Bien que ces lunettes ne soient pas totalement exemptes de fissures, une gamme de températures a été identifiée comme étant la cause de la fissuration. Des expériences visant à optimiser le verre ternaire par l'ajout de tensioactifs et à réduire les fissures au cours du traitement thermique sont en cours. "
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[Source / Images: 'Nanoparticules à base de sol-gel pour l'impression 3D de verre optique']
L'après germanium, silice
