純石英玻璃是高度透明的，具有良好的耐熱、物理及耐化學(xué)腐蝕性能。這些性能使得石英玻璃在光學(xué)、數(shù)據(jù)技術(shù)或醫(yī)學(xué)工程方面得到廣泛使用。但是現(xiàn)在仍需尋求高效、高質(zhì)量的石英玻璃加工工藝?？査刽敹蚶砉W(xué)院（KIT）的科學(xué)家們首次開發(fā)出一種成型技術(shù)來構(gòu)造像聚合物一樣的石英玻璃。這項創(chuàng)新性研究發(fā)表在《Advanced Materials》雜志上。

       上圖是玻璃聚合物的照片，像傳統(tǒng)的聚合物一樣，玻璃聚合物可以在CNC機床上銑削、旋轉(zhuǎn)加工和激光加工（圖片由卡爾斯魯厄理工學(xué)院的Markus Breig提供）

       卡爾斯魯厄理工學(xué)院微結(jié)構(gòu)技術(shù)研究所尼普坦實驗室跨學(xué)科研究小組組長Bastian E.Rapp博士說：“用一種簡單的結(jié)構(gòu)技術(shù)將高純度石英玻璃和它的優(yōu)良性能結(jié)合起來一直是一個巨大的挑戰(zhàn)。”

       Rapp和他的團隊開發(fā)了工業(yè)玻璃加工的新工藝。機械加工工程師說：“我們從最小的玻璃顆粒開始，而不是通過激光加工蝕刻或?qū)⒉ＡЪ訜嶂?00°C以形成或構(gòu)造玻璃塊的結(jié)構(gòu)件?！?/p>

       科學(xué)家們將直徑40納米的玻璃顆粒與液態(tài)聚合物混合，形成一種海綿狀混合物，而后通過加熱或光照將其固化成型。所得成型固體材料中玻璃顆粒的體積分數(shù)可達40~60 %。聚合物就像一種粘連劑，它使玻璃顆粒保持在合適的位置，固化成型后仍保持原有形狀。

       這種“玻璃聚合物”可以像傳統(tǒng)的聚合物一樣，在數(shù)控機床上銑削、旋轉(zhuǎn)加工、激光加工。Rapp強調(diào)說：“聚合物的所有成型技術(shù)現(xiàn)在都可被用于該玻璃的加工。”

       科學(xué)家們生產(chǎn)了一種棒狀的玻璃聚合物，從中切割得到制造智能手機中使用的高性能透鏡。要得到高純石英玻璃，必須去除復(fù)合材料中的聚合物。為此，透鏡在500至600°C溫度的爐中加熱，聚合物會完全燃燒變成CO2，接下來將透鏡在1300°C溫度下燒結(jié)以消除材料中產(chǎn)生的缺陷。在此過程中，剩余的玻璃顆粒被致密化為無孔玻璃。

       可以通過切割玻璃聚合物產(chǎn)生類似于上面所示的玻璃構(gòu)件（圖片由卡爾斯魯厄理工學(xué)院的Markus Breig提供）

       這種成形技術(shù)能夠制造在很多應(yīng)用中可代替聚合物的高純度玻璃材料。這也將促進玻璃加工以及光學(xué)、微電子、生物技術(shù)和醫(yī)學(xué)工程等行業(yè)的發(fā)展。Rapp 補充道：“我們的工藝適合大規(guī)模生產(chǎn)，而且石英玻璃與那些特殊的聚合物相比，價格便宜得多，更可持續(xù)，更節(jié)能?！?/p>

       這是尼普坦（NeptunLab）實驗室在液態(tài)玻璃聚合物混合的基礎(chǔ)上開發(fā)的石英玻璃加工的第三個創(chuàng)新工藝。科學(xué)家們已經(jīng)在2016年成功地使用這種混合物進行模塑成型。而在2017年他們將該混合物應(yīng)用于3D打印，并證明其適合添加劑制造。

       從2014年到2018年，聯(lián)邦教育部和研究部已經(jīng)為早期研究者的“納米材料類”競賽資助了280萬歐元。現(xiàn)在他們計劃商業(yè)化生產(chǎn)玻璃聚合物。