KIT利用噴墨打印機制造布拉格反射鏡，大大簡化制造工藝
時間：2022-09-17 10:16 來源：MEMS 作者：admin 閱讀：次
電介質反射鏡（Dielectric mirrors），也稱為布拉格反射鏡，是一種幾乎可以完全反射光線的鏡面。這使得其適用于眾多應用，例如相機系統(tǒng)、顯微鏡、醫(yī)療技術或傳感器系統(tǒng)。
以前，上述反射鏡必須在昂貴的真空設備中制造。而如今，德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）的研究人員首次使用噴墨打印機制造出高質量的布拉格反射鏡。他們表示，該制造工藝“可以為定制反射鏡的數(shù)字化制造開辟道路”。該研究成果發(fā)表于Advanced Materials期刊。
布拉格反射鏡由兩種光學材料組成的可調節(jié)的多層結構組成，確保特定波長的光以目標方式反射。最常用的是四分之一反射鏡，其中每一層的厚度都對應四分之一的波長。
布拉格反射鏡的反射強度取決于材料，還取決于材料的層數(shù)和材料之間的折射率差。以往，布拉格反射鏡的制造工藝必須使用昂貴的真空制造設備。KIT研究團隊首次成功地將布拉格反射鏡打印在不同載體上，并大大簡化了制造工藝。
由納米顆粒制成的墨水
KIT光技術研究所Uli Lemmer教授評論說：“開發(fā)合適的3D打印墨水并建立可靠的多層生產工藝是一項巨大的挑戰(zhàn)。”Uli Lemmer負責該布拉格反射鏡制造項目——該項目是“3D Matter Made to Order (3DMM2O)”的一部分，3DMM2O目標是建立可擴展的數(shù)字化3D增材制造。
墨水的成分必須具有合適的光學特性，并且是可溶的。此外，每一層應盡可能均勻，以確保層堆疊的一致性。此外，壓力必須能夠精確控制并且結果必須具有可重復性，以可靠地保證出色的光學性能，即布拉格鏡的高反射率。
“由于納米化學的快速發(fā)展，納米顆粒變得更便宜、更多樣化。”Uli Lemmer說道，“我們的團隊使用了兩種不同材料的混合物，二氧化鈦和聚甲基丙烯酸甲酯，作為墨水的光學活性成分。”
“使用上述材料制備的墨水，就能夠以極高的精度噴墨打印具有合適的光學特性和厚度的單層材料。我們僅用了十個雙層膜就實現(xiàn)了99%的超高反射率。”Uli Lemmer補充說。
該制造工藝可以應用于小至幾微米范圍的區(qū)域，從而可以容易地制造用于微系統(tǒng)技術或用于相機系統(tǒng)的光學元件。另外，也可以打印更大的區(qū)域，例如太陽能模塊、幾平方米的廣告展示。反射鏡甚至可以打印在柔性塑料薄膜上。“完全數(shù)字化的制造工藝允許生產針對應用精確定制的鏡面層。與以前的制造工藝相比，這是一項巨大的優(yōu)勢。”Uli Lemmer說道。
以前，上述反射鏡必須在昂貴的真空設備中制造。而如今，德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）的研究人員首次使用噴墨打印機制造出高質量的布拉格反射鏡。他們表示，該制造工藝“可以為定制反射鏡的數(shù)字化制造開辟道路”。該研究成果發(fā)表于Advanced Materials期刊。
布拉格反射鏡由兩種光學材料組成的可調節(jié)的多層結構組成，確保特定波長的光以目標方式反射。最常用的是四分之一反射鏡，其中每一層的厚度都對應四分之一的波長。
布拉格反射鏡的反射強度取決于材料，還取決于材料的層數(shù)和材料之間的折射率差。以往，布拉格反射鏡的制造工藝必須使用昂貴的真空制造設備。KIT研究團隊首次成功地將布拉格反射鏡打印在不同載體上，并大大簡化了制造工藝。
反射鏡打印在薄膜上
由納米顆粒制成的墨水
KIT光技術研究所Uli Lemmer教授評論說：“開發(fā)合適的3D打印墨水并建立可靠的多層生產工藝是一項巨大的挑戰(zhàn)。”Uli Lemmer負責該布拉格反射鏡制造項目——該項目是“3D Matter Made to Order (3DMM2O)”的一部分，3DMM2O目標是建立可擴展的數(shù)字化3D增材制造。
墨水的成分必須具有合適的光學特性，并且是可溶的。此外，每一層應盡可能均勻，以確保層堆疊的一致性。此外，壓力必須能夠精確控制并且結果必須具有可重復性，以可靠地保證出色的光學性能，即布拉格鏡的高反射率。
“由于納米化學的快速發(fā)展，納米顆粒變得更便宜、更多樣化。”Uli Lemmer說道，“我們的團隊使用了兩種不同材料的混合物，二氧化鈦和聚甲基丙烯酸甲酯，作為墨水的光學活性成分。”
“使用上述材料制備的墨水，就能夠以極高的精度噴墨打印具有合適的光學特性和厚度的單層材料。我們僅用了十個雙層膜就實現(xiàn)了99%的超高反射率。”Uli Lemmer補充說。
該制造工藝可以應用于小至幾微米范圍的區(qū)域，從而可以容易地制造用于微系統(tǒng)技術或用于相機系統(tǒng)的光學元件。另外，也可以打印更大的區(qū)域，例如太陽能模塊、幾平方米的廣告展示。反射鏡甚至可以打印在柔性塑料薄膜上。“完全數(shù)字化的制造工藝允許生產針對應用精確定制的鏡面層。與以前的制造工藝相比，這是一項巨大的優(yōu)勢。”Uli Lemmer說道。
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