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  二氧化硅玻璃因其卓越的光學透明度及熱、化學穩定性，成為現代工程應用中的關鍵材料之一，在電子、通信、化學、醫療等多個領域得到廣泛應用。然而，二氧化硅玻璃的高軟化點（1100°C）使得其加工制造過程極具挑戰性，尤其是透明玻璃復雜三維微結構的加工技術發展不足，嚴重阻礙了其在微光學、微流體及微機電系統（MEMS）等領域的應用。近年來3D打印技術的發展為解決這一問題提供了新思路，研究者們開發了多種基于3D打印技術的玻璃微結構制造方法，其中包括數字光處理（DLP）、墨水直寫（DIW）、立體光刻（CAL）和雙光子聚合（2PP）。這些方法先將負載顆粒（高達60 wt%）的犧牲性粘結劑前驅體材料聚合成型，然后通過高溫燒結將粘結劑去除，剩余二氧化硅顆粒最終熔融成致密的玻璃結構。盡管可以實現復雜微納器件的高精度打印，這些方法在應用中仍面臨諸多問題：其燒結溫度通常在1100°C甚至1300°C，過程長達數天，能量消耗較大；燒結溫度高于常用工程半導體材料如鍺、磷化銦等，限制了這些工藝在微納系統集成中的應用；高顆粒負載使得前驅體材料的調配較為復雜，存在顆粒分散、光散射、高粘度等難題。

圖一：透明玻璃微結構的3D打印過程及機理。

圖二：3D打印玻璃的材料表征。

圖三：3D打印的各種玻璃微結構。

圖四：3D打印玻璃的微光學及微流體應用。

  研究團隊進一步展示了這種新型3D打印玻璃技術在微光學和微流體等領域的應用。如圖四所示，利用該技術可以制造出具有優異光學性能的玻璃微透鏡元件，所制透鏡表面光滑，測量的表面粗糙度僅為1.5納米，透光率接近于商用熔融石英玻璃透鏡，在醫學、電子等領域亟需的微成像系統中有較大應用前景。由于二氧化硅玻璃的化學穩定性，不易受到酸、堿和其他腐蝕性物質的侵蝕，采用此技術所打印的玻璃微流體器件也可用于化學流反應器等系統中。

  原文鏈接： http://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi2958