玻璃，以其優(yōu)異的光學(xué)透明度、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性以及可調(diào)性，在眾多高科技領(lǐng)域中發(fā)揮著不可替代的作用。然而，將玻璃加工成復(fù)雜且微型化的三維結(jié)構(gòu)，尤其是與聚合物和金屬相比，一直是一項技術(shù)難題。傳統(tǒng)的玻璃制造方法，如注塑成型、軟復(fù)制、激光輔助蝕刻和化學(xué)氣相沉積等，都存在明顯的局限性，如無法生產(chǎn)任意形狀的三維結(jié)構(gòu)、涉及危險化學(xué)品的使用、復(fù)雜的后處理工藝以及高溫高能耗等。

近年來，增材制造（3D打?。┘夹g(shù)的興起為玻璃制造帶來了新的希望。然而，現(xiàn)有的3D打印玻璃方法通常耗時較長，且需要在高溫條件下進(jìn)行，這不僅增加了能源消耗和制造成本，還限制了其廣泛應(yīng)用。針對這些挑戰(zhàn)，Qi教授團(tuán)隊利用光化學(xué)手段，實現(xiàn)了在溫和條件下3D打印石英玻璃微結(jié)構(gòu)的突破。

研究團(tuán)隊采用了一種光敏聚二甲基硅氧烷（PDMS）樹脂作為打印材料，而非傳統(tǒng)的含有二氧化硅納米顆粒的光敏樹脂。他們首先利用Nanoscribe Photonic Professional GT2 3D打印機(jī)，通過雙光子聚合（2PP）技術(shù)將PDMS樹脂打印成所需的微結(jié)構(gòu)。隨后，在氧氣環(huán)境中，利用深紫外（DUV）光照射，將打印出的PDMS微結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為透明的石英玻璃。

這項技術(shù)的核心在于DUV-臭氧轉(zhuǎn)化過程。在DUV光的照射下，氧分子分解產(chǎn)生臭氧，臭氧進(jìn)一步光解產(chǎn)生高活性的單線態(tài)原子氧。這種原子氧攻擊PDMS分子中的Si-C鍵，取代甲基生成羥基，并在DUV光產(chǎn)生的中度溫升（約220°C）下，促進(jìn)鄰近硅醇基團(tuán)的脫羥基并形成Si-O-Si鍵。通過這一系列化學(xué)反應(yīng)，PDMS微結(jié)構(gòu)成功轉(zhuǎn)化為石英玻璃。

與傳統(tǒng)增材制造方法相比，這項技術(shù)具有多重優(yōu)勢。首先，轉(zhuǎn)化過程在溫和的溫度下進(jìn)行，大大降低了能源消耗。其次，轉(zhuǎn)化過程非常快速，對于微米級結(jié)構(gòu)，僅需不到5小時即可完成。此外，該技術(shù)所采用的光敏樹脂基于廣泛使用的聚合物PDMS，具有廣泛的拓展性，可以制造出除SiO2之外的其他玻璃材料，如硼硅酸鹽玻璃。

然而，這項技術(shù)也面臨一些挑戰(zhàn)。例如，打印出的石英玻璃目前僅限于特征尺寸在幾十微米以下的微結(jié)構(gòu)，對于更大尺寸的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)化時間可能會大大延長。同時，打印出的石英玻璃的機(jī)械和物理性能仍有待提升，以滿足承載應(yīng)用的需求。此外，雖然本研究主要關(guān)注3D打印過程的實驗研究，但計算和信息學(xué)方法對于進(jìn)一步闡明潛在的光化學(xué)機(jī)制并拓寬材料和工藝選擇也至關(guān)重要。

盡管如此，這項研究仍然是一項具有里程碑意義的成果。通過整合2PP打印技術(shù)和DUV-臭氧處理工藝，研究團(tuán)隊開發(fā)了一種在溫和條件下制造透明石英玻璃微結(jié)構(gòu)的3D打印方法。這一突破性的成果不僅有望激發(fā)對新的陶瓷前驅(qū)體化學(xué)的研究，還為增材制造技術(shù)在聚合物衍生陶瓷領(lǐng)域的未來發(fā)展開辟了廣闊的前景。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，相信這一技術(shù)將在更多領(lǐng)域展現(xiàn)出其巨大的應(yīng)用潛力。