Maßgeschneiderte Chemie für anorganische 3D-Mikrooptiken

In einer aktuellen Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Trends in Chemistry befassen sich Forschende der Universität Twente mit dem Potenzial des 3D-Drucks von Keramik in der Mikro-Optik. Diese winzigen Keramikstrukturen können potenziell zur Erzeugung von Licht und zur Speicherung von Informationen verwendet werden.

Die Forschung, initiiert durch die Neugier von Studierenden, darunter J.P. Winczewski (ehemaliger Doktorand), J. Arriaga-Dávila (Masterstudent in Nanotechnologie) und C. Rosero-Arias (Doktorand), konzentriert sich auf den 3D-Druck von Keramikstrukturen, die weit unterhalb unserer Sehgrenze liegen.

“Anstatt etwas Massives zu drucken, haben wir uns entschieden, den umgekehrten Weg zu gehen und extrem kleine gedruckte Strukturen herzustellen”, sagt Arturo Susarrey-Arce, Assistenzprofessor in der Forschungsgruppe Mesoscale Chemical Systems an der Universität von Twente.

Keramiken sind aufgrund ihrer Licht-Materie-Interaktions-Eigenschaften sehr wirkungsvoll im Bereich der Mikrooptik. Obwohl Licht im Vakuum bekanntermaßen unübertrefflich schnell ist, wird es in Glas und Keramik aufgrund des höheren Brechungsindexes verlangsamt.

“Mit Blick auf die Zukunft können 3D-Keramiken mit der richtigen Materialkombination und -zusammensetzung zur optischen Kommunikation und zu Lichtschaltungen beitragen”, sagt Susarrey-Arce.

Die Herausforderung liegt darin, Mikrooptiken präzise in allen drei Dimensionen zu formen.

“Miniaturisierung findet typischerweise in 2D statt, aber in der dritten Dimension gibt es noch viel Platz”, erklärt Susarrey-Arce.

Jedoch gibt es noch Herausforderungen zu überwinden, zum Beispiel muss der 3D-Druck von Keramik bestimmte Schlüsselmerkmale erfüllen.

Um den 3D-Druck von Keramik in der Mikrooptik bei niedrigen Temperaturen zu integrieren, müssen die Forscher perfekte Mikroarchitekturen mit höchster räumlicher Präzision erreichen. Dies hängt teilweise von der Verfügbarkeit verschiedener Harze ab, die ihre Eigenschaften unter Lichteinfluss ändern und somit den gleichzeitigen Druck ermöglichen. Die Entwicklung solcher Harze stellt eine tägliche Herausforderung für synthetische Chemiker*innen dar, ein Problem, das im Labor engagiert angegangen wird.