KIT利用噴墨打印機(jī)制造布拉格反射鏡，大大簡化制造工藝

來源：MEMS

電介質(zhì)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(yīng)用，例如相機(jī)系統(tǒng)、顯微鏡、醫(yī)療技術(shù)或傳感器系統(tǒng)。

以前，上述反射鏡必須在昂貴的真空設(shè)備中制造。而如今，德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院（KIT）的研究人員首次使用噴墨打印機(jī)制造出高質(zhì)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(xué)材料組成的可調(diào)節(jié)的多層結(jié)構(gòu)組成，確保特定波長的光以目標(biāo)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(yīng)四分之一的波長。

布拉格反射鏡的反射強(qiáng)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(shè)備。KIT研究團(tuán)隊(duì)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(shù)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(chǎn)工藝是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。”Uli Lemmer負(fù)責(zé)該布拉格反射鏡制造項(xiàng)目——該項(xiàng)目是“3D Matter Made to Order (3DMM2O)”的一部分，3DMM2O目標(biāo)是建立可擴(kuò)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(xué)特性，并且是可溶的。此外，每一層應(yīng)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(jié)果必須具有可重復(fù)性，以可靠地保證出色的光學(xué)性能，即布拉格鏡的高反射率。

“由于納米化學(xué)的快速發(fā)展，納米顆粒變得更便宜、更多樣化?！盪li Lemmer說道，“我們的團(tuán)隊(duì)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(xué)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(xué)特性和厚度的單層材料。我們僅用了十個(gè)雙層膜就實(shí)現(xiàn)了99%的超高反射率。”Uli Lemmer補(bǔ)充說。

該制造工藝可以應(yīng)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(shù)或用于相機(jī)系統(tǒng)的光學(xué)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?！巴耆珨?shù)字化的制造工藝允許生產(chǎn)針對應(yīng)用精確定制的鏡面層。與以前的制造工藝相比，這是一項(xiàng)巨大的優(yōu)勢?！盪li Lemmer說道。