【中玻網(wǎng)】玻璃是一種在多個領(lǐng)域具有重要作用的材料，不過傳統(tǒng)的玻璃加工技術(shù)無法制造具有特定亞微米結(jié)構(gòu)的玻璃材料。3D打印技術(shù)有望用于定制具有高精度結(jié)構(gòu)的玻璃制品。

　　在這篇文章中，作者使用兩步法制備具有亞微米3D結(jié)構(gòu)的透明玻璃制品。首先，使用直寫成型（DIW）3D打印技術(shù)構(gòu)建具有特定結(jié)構(gòu)的生坯。直寫成型是一種通過程序控制噴嘴將剪切稀化的油墨逐層組裝的工藝，在這里油墨為膠體二氧化硅，這之中較重要的是控制墨水的屈服應(yīng)力和剪切稀化性質(zhì)以使其適應(yīng)所需玻璃的應(yīng)用需求。之后，經(jīng)干燥和高溫燒結(jié)過程，形成致密、無定型、透明的玻璃材料。相比于直接使用熔融玻璃3D打印，這種方法避免在3D打印過程中使用高溫條件，并且由于打印絲較細、高溫燒結(jié)后結(jié)構(gòu)收縮，因而能形成更加精細的結(jié)構(gòu)。

　　圖1 3D打印玻璃的過程

　　具體來說，作者將親水的氣相二氧化硅/四乙二醇二甲醚懸浮液作為3D打印油墨，其中氣相二氧化硅同時作為玻璃的二氧化硅源和觸變劑，四乙二醇二甲醚對氣相二氧化硅具有良好的分散性，另外其高沸點有助于精細控制干燥過程；此外油墨中加入羥基中止的聚二甲基硅氧烷（PDMS）以強化材料結(jié)構(gòu)、提高干燥過程的抗裂性。

　　圖2 二氧化硅墨水的流變學(xué)特性

　　作者還調(diào)整優(yōu)化了干燥和高溫燒結(jié)過程。生坯經(jīng)100°C，110h干燥，這一低溫干燥條件有利于提高生坯強度、避免開裂；之后經(jīng)600°C熱處理以燒掉所有農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系殘留，若無此步驟則農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系殘留會被束縛在玻璃中，從而降低玻璃質(zhì)量。較后，經(jīng)1500°C，3min的燒結(jié)過程，生坯變?yōu)槿旅�、透明的玻璃材料�?/p>

　　圖3 熱處理工藝

　　作者展示了這種技術(shù)可以用來制備多種玻璃材料，包括塊體玻璃，亞微米支架結(jié)構(gòu)，玻璃基微流控元件（初次制備得到），多組分玻璃結(jié)構(gòu)等。作者指出，一些3D打印領(lǐng)域的新技術(shù)或可應(yīng)用于這種3D打印玻璃技術(shù)，比如使用組分混合技術(shù)可得到具有梯度組分的玻璃材料，其具有可調(diào)的光學(xué)和機械性能。