2光子リソグラフィによる光学Zro2ナノ構造の3D印刷と熱分解：ナノ粒子種子によって媒介される収縮と結晶化の減少

2光子リソグラフィは、高解像度3Dセラミックを生成するための潜在的なルートです。ただし、脱、焼結の際に印刷された材料の重要な有機的なカウンターパートの排除による大きな収縮は、この技術のさらなる開発のためのロックのままです。この現象を制限するために、45重量％（5 nm）ジルコニア安定化ナノ粒子を組み込んだ複合樹脂に基づいた元のアプローチが、3Dジルコニア微小路線およびナノ形成された光学界面を処理するために提案されています。興味深いことに、ナノ粒子は、石灰化プロセス中に形成される結晶相の制御を可能にする種子として、また印刷されたセラミックの重要な収縮を防ぐ構造安定化剤として使用されます。3Dフォトリソグラフィと熱分解の後、ナノ粒子のない参照樹脂で処理された同様のシステムと、立体ジルコニアの安定した3D微細構造で高い空間分解能で得られた類似のシステムと比較して、微細構造の体重と体積の損失は大幅に減少します。パターン化された表面の場合、2.1の屈折率は、0.1 µmのライン幅でマイクロフォーカスを得るのに十分な大きさの回折効率につながり、0.8 µmの期間のマイクロレンズアレイの実証が得られます。

Two-photon lithography is a potential route to produce high-resolution 3D ceramics. However, the large shrinkage due to the elimination of an important organic counterpart of the printed material during debinding/sintering remains a lock to further development of this technology. To limit this phenomenon, an original approach based on a composite resin incorporating 45 wt% ultrasmall (5 nm) zirconia stabilized nanoparticles into the zirconium acrylate precursor is proposed to process 3D zirconia microlattices and nanostructured optical surfaces. Interestingly, the nanoparticles are used both as seeds allowing control of the crystallographic phase formed during the calcination process and as structural stabilizing agent preventing important shrinkage of the printed ceramic. After 3D photolithography and pyrolysis, the weight and volume loss of the microstructures are drastically reduced as compared to similar systems processed with the reference resin without nanoparticles, and stable 3D microstructures of cubic zirconia are obtained with high spatial resolution. In the case of a patterned surface, the refractive index of 2.1 leads to a diffraction efficiency large enough to obtain microfocusing with linewidths of 0.1 µm, and the demonstration of a microlens array with a period as small as 0.8 µm.