在Opto-Electronic Advances的新出版物中，10.29026/oea.2023.230023澳大利亚维多利亚州霍索恩斯威本科技大学的 Saulius Juodkazis 教授和日本横滨东京理工大学 WRH 计划国际研究前沿计划 (IRFI) 讨论了顶部-纳米级自下而上材料合成的向下控制。
在Opto-Electronic Advances最近发表的一篇论文中 [ Merkininkaitė G、Aleksandravičius E、Malinauskas M、Gailevičius D、Šakirzanovas S. Si/ZrO 2 可调晶相 3D 纳米结构的激光增材制造。 光电 Adv 5 , 210077 (2022)。doi: 10.29026/oea.2022.210077 ], Mangirdas Malinauskas 和他在维尔纽斯大学的同事报告了一种使用 3D 激光打印和煅烧的新型高分辨率无机材料合成途径。3D 超材料(超越自然界存在的材料)来自高分辨率 3D 聚合/打印的研究，其中复合材料的无机部分的比例可以广泛调整。
通过在 3D 聚合后添加高温退火 (HTA) 后制造步骤，即在空气/氧气流中进行烧结/煅烧，可以生产具有纳米级特征和大幅缩小尺寸的新型玻璃和/或陶瓷 3D 结构，如图所示图 1. 最近对 具有不同 Si:Zr 混合比的二氧化硅-氧化锆溶胶-凝胶抗蚀剂的广泛研究表明，HTA 控制的煅烧和方英石、锆石 ZrSiO 4、单斜晶系 ZrO的二氧化硅和氧化锆纳米晶相的形成2 , 四方-ZrO 2 ; 例如，ZrO 2 是陶瓷刀的材料，在过去几年被广泛用作厨房用具。受控煅烧直接用于制造具有不同折射率的微光学元件。此外，有助于在 3D 激光打印中获得更大 3D 聚合窗口的光引发剂在煅烧步骤中被烧尽，留下纯玻璃/陶瓷相。在更高的温度下，陶瓷相发生沉淀，为特定应用定制材料成分和功能的最终状态提供了非常丰富的可能性。超材料的概念与平面光学领域的光学应用有着内在的联系，在平面光学领域，光的振幅、相位、偏振、波前可以通过功能纳米结构和二维材料的图案在纳米尺度上进行定制。还，光学活性超材料可以通过在表面波中定位光来创建 - 等离子体激元，它可以提供纳米级的激光模拟，spaser。在 spaser 中，光学活性增益介质沉积在纳米粒子周围，类似于球体染料微型激光器概念，腔体和活性介质空间分离。这些光子学应用需要以纳米级分辨率定义不同材料的结构和图案。高分辨率光刻作为微电子的平面 2D 纳米技术工具而发展，并被用于 3D 纳米制造。它体现了一种自上而下的方法，当必须生产真正的 3D 超材料时，这种方法会面临挑战。光学活性增益介质沉积在纳米粒子周围，类似于球体染料微型激光器概念，腔和活性介质空间分离。这些光子学应用需要以纳米级分辨率定义不同材料的结构和图案。高分辨率光刻作为微电子的平面 2D 纳米技术工具而发展，并被用于 3D 纳米制造。它体现了一种自上而下的方法，当必须生产真正的 3D 超材料时，这种方法会面临挑战。光学活性增益介质沉积在纳米粒子周围，类似于球体染料微型激光器概念，腔和活性介质空间分离。这些光子学应用需要以纳米级分辨率定义不同材料的结构和图案。高分辨率光刻作为微电子的平面 2D 纳米技术工具而发展，并被用于 3D 纳米制造。它体现了一种自上而下的方法，当必须生产真正的 3D 超材料时，这种方法会面临挑战。高分辨率光刻作为微电子的平面 2D 纳米技术工具而发展，并被用于 3D 纳米制造。它体现了一种自上而下的方法，当必须生产真正的 3D 超材料时，这种方法会面临挑战。高分辨率光刻作为微电子的平面 2D 纳米技术工具而发展，并被用于 3D 纳米制造。它体现了一种自上而下的方法，当必须生产真正的 3D 超材料时，这种方法会面临挑战。
一种更实用的方法是使用固有的 3D 直接激光写入，它可以通过自上而下的 3D 制造方法达到亚 100 nm 的分辨率和高聚合吞吐量。通过添加 HTA 后制造步骤，可以利用自组织的第二阶段，即材料合成的自下而上特征。首先制备包含光学活性掺杂剂的固体(例如纳米粒子)和液体前体材料的可聚合混合物(图 1(a))，然后进行 3D 聚合，并通过 HTA 步骤(b)将其引导至玻璃状、非晶状或陶瓷状有机部分/粘合剂同时分解的状态。
在 HTA 阶段通过表面张力引导的固-固相变合成新型微晶玻璃材料，表面积大，有利于参与化学反应和相变的材料的快速扩散，是一种新的有前途的材料合成范式转变超短脉冲激光。由于超短脉冲激光器的平均功率从 2000 年开始遵循摩尔定律，应用将受益于较低的光子成本。玻璃化转变、相变仍然有它们的惊喜，例如，固体中的晶体到非晶相变和液体到固体的相变有它们的秘密，正如最近对平均密度冰所证明的那样;值得注意的是，2022 年是联合国教科文组织玻璃年。
纳米结构的玻璃陶瓷材料和复合材料有望找到与其金属对应物互补的应用领域：金属玻璃和高熵合金(结晶)，它们具有从生物医学到空间和苛刻的技术所利用的一系列有用特性工业环境中，会遇到高温、高压、腐蚀性化学品和辐射背景。