Учёные создали самый маленький в мире винный бокал, диаметр которого меньше толщины человеческого волоса. Инновационная методика 3D-печати позволила исследователям произвести изделие из стекла в наномасштабе.

Видимый только при помощи сканирующей электронной микроскопии, крошечный винный бокал возвышается над подложкой на считанные микрометры. Экспериментируя с новой методикой, помимо бокала, учёные создали столь же миниатюрные спирали, консольные балки, серию разнокалиберных иголок, оптический резонатор и лого своей альма-матер – Королевского технологического института. Стоит отметить, что инженеры и прежде экспериментировали с малогабаритной 3D-печатью, изготавливая «кукольные» кораблики и разнообразные микроскульптуры – достаточно маленькие, чтобы разместиться на человеческом волосе. Однако в рамках нового исследования учёные использовали для печати нестандартный материал – кварцевое стекло.

Процесс начинается с небольшой лужицы материала, известного как HSQ – силсесквиоксана водорода, в состав которого входят все «ингредиенты», необходимые для получения кварцевого стекла. Затем на эту жидкость воздействуют сериями лазерных импульсов, продолжительность которых не превышает триллионной доли секунды. Лазер заставляет атомы в составе HSQ создавать перекрёстные связи, образуя молекулы стекла в точке фокуса лазера. Данный процесс создаёт в толще жидкости крошечные воксели (3D-пиксели) размером 65 на 260 нанометров, совокупность которых в итоге складывается в готовое стеклянное изделие в наномасштабе. По словам исследователей, эта техника гораздо эффективнее других методов 3D-печати из стекла, которые зачастую требуют производить нагрев материи до экстремальных температур на протяжении длительного времени. Отсутствие потребности в поддержании температур в сотни градусов в течение нескольких часов существенно понижает потребление электроэнергии в процессе печати. Учёные также отмечают, что создаваемые таким образом объекты обладают хорошими показателями стойкости к высоким температурам в процессе эксплуатации.

Стоит отметить, что стеклянная 3D-печать – особенно в наномасштабе – это не просто новая впечатляющая форма искусства. По мнению учёных, разработанная ими техника позволит усовершенствовать технологический процесс производства стеклянных компонентов для оптических систем, например, в виде крошечных оптических линз или резонаторов. Более того, печать этих компонентов можно осуществлять непосредственно на кончиках оптоволоконного кабеля, тем самым упраздняя необходимость переносить их с подложки и фиксировать на кабеле. Исследователи считают, что данная методика открывает новые возможности для развития телекоммуникационных систем, которые работают на основе волоконно-оптических кабелей и нуждаются в разнообразных фильтрах, муфтах и пр. Хотя техника всё ещё нуждается в оптимизации, учёные уже видят множество практических сценариев, в которых она была бы чрезвычайно полезной.