二氧化硅玻璃因其卓越的光学透明度及热、化学稳定性，成为现代工程应用中的关键材料之一，在电子、通信、化学、医疗等多个领域得到广泛应用。然而，二氧化硅玻璃的高软化点（1100°C）使得其加工制造过程极具挑战性，尤其是透明玻璃复杂三维微结构的加工技术发展不足，严重阻碍了其在微光学、微流体及微机电系统（MEMS）等领域的应用。近年来3D打印技术的发展为解决这一问题提供了新思路，研究者们开发了多种基于3D打印技术的玻璃微结构制造方法，其中包括数字光处理（DLP）、墨水直写（DIW）、立体光刻（CAL）和双光子聚合（2PP）。这些方法先将负载颗粒（高达60 wt%）的牺牲性粘结剂前驱体材料聚合成型，然后通过高温烧结将粘结剂去除，剩余二氧化硅颗粒最终熔融成致密的玻璃结构。尽管可以实现复杂微纳器件的高精度打印，这些方法在应用中仍面临诸多问题：其烧结温度通常在1100°C甚至1300°C，过程长达数天，能量消耗较大；烧结温度高于常用工程半导体材料如锗、磷化铟等，限制了这些工艺在微纳系统集成中的应用；高颗粒负载使得前驱体材料的调配较为复杂，存在颗粒分散、光散射、高粘度等难题。

图一：透明玻璃微结构的3D打印过程及机理。

图二：3D打印玻璃的材料表征。

图三：3D打印的各种玻璃微结构。

图四：3D打印玻璃的微光学及微流体应用。

  研究团队进一步展示了这种新型3D打印玻璃技术在微光学和微流体等领域的应用。如图四所示，利用该技术可以制造出具有优异光学性能的玻璃微透镜元件，所制透镜表面光滑，测量的表面粗糙度仅为1.5纳米，透光率接近于商用熔融石英玻璃透镜，在医学、电子等领域亟需的微成像系统中有较大应用前景。由于二氧化硅玻璃的化学稳定性，不易受到酸、碱和其他腐蚀性物质的侵蚀，采用此技术所打印的玻璃微流体器件也可用于化学流反应器等系统中。

  原文链接： http://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi2958