Print de toekomst: een 3D-revolutie in micro-optica

In een recente publicatie in het wetenschappelijke tijdschrift Trends in Chemistry van Cell Press onderzoeken onderzoekers van de Universiteit Twente de mogelijkheden van 3D-printen van keramiek in micro-optica. Deze piepkleine keramische structuren kunnen mogelijk worden gebruikt om licht te genereren en informatie op te slaan. “Laten we keramiek zo klein maken dat het licht kan manipuleren.”

Zoals bij veel publicaties begon het artikel met nieuwsgierige studenten. J.P. Winczewski (voormalig Ph.D.), J. Arriaga-Dávila (master Nanotechnologie), en C. Rosero-Arias (Ph.D.) verdiepten zich in het 3D-printen van keramiek buiten ons gezichtsveld. “In plaats van iets gigantisch te printen, besloten we het andersom te doen en extreem kleine geprinte structuren te maken”, zegt Arturo Susarrey-Arce, assistent-professor bij de onderzoeksgroep Mesoscale Chemical Systems van de Universiteit Twente.

Keramiek voor micro-optica

Keramiek heeft veel potentie op het gebied van micro-optica vanwege de interactie-eigenschappen tussen licht en materie. Het is bekend dat in een vacuüm niks sneller gaat dan het licht. Glas en keramiek hebben echter een hogere brekingsindex, dat betekent dat licht wordt vertraagd terwijl het door het geschikte materiaal beweegt. “In de toekomst kan 3D-architectuurkeramiek bijdragen aan optische communicatie en lichtcircuits door de juiste samenstelling en combinatie van materialen,” zegt Susarrey-Arce.

Zoals de naam al doet vermoeden, kun je micro-optica met 3D-printen in alle drie de dimensies nauwkeurig vormgeven. “Miniaturisatie vindt nu nog meestal plaats in 2D, maar er is erg veel ruimte in de derde dimensie”, legt Susarrey-Arce uit. Maar voor het zover is zijn er nog genoeg uitdagingen. 3D-printen met keramiek moet voldoen aan belangrijke eigenschappen. Om 3D printen van keramiek te gebruiken in micro-optica bij lage temperaturen, moeten de onderzoekers foutloze microarchitecturen kunnen printen met zo hoog mogelijke ruimtelijke precisie. Dit is voor een deel afhankelijk van de beschikbaarheid van verschillende harsen die hun fysieke eigenschappen veranderen onder invloed van licht. Daardoor moet het mogelijk worden verschillende materialen gelijktijdig te printen. Het ontwikkelen van zulke harsen blijft een uitdaging voor synthetische scheikundigen. Daarmee zijn de onderzoekers nog dagelijks bezig in het lab.