純石英玻璃是高度透明的，具有良好的耐熱、物理及耐化學腐蝕性能。這些性能使得石英玻璃在光學、數據技術或醫學工程方面得到廣泛使用。但是現在仍需尋求高效、高質量的石英玻璃加工工藝。卡爾斯魯厄理工學院（KIT）的科學家們首次開發出一種成型技術來構造像聚合物一樣的石英玻璃。這項創新性研究發表在《Advanced Materials》雜志上。

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

       卡爾斯魯厄理工學院微結構技術研究所尼普坦實驗室跨學科研究小組組長Bastian E.Rapp博士說：“用一種簡單的結構技術將高純度石英玻璃和它的優良性能結合起來一直是一個巨大的挑戰。”

       Rapp和他的團隊開發了工業玻璃加工的新工藝。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將玻璃加熱至800°C以形成或構造玻璃塊的結構件。”

       科學家們將直徑40納米的玻璃顆粒與液態聚合物混合，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”可以像傳統的聚合物一樣，在數控機床上銑削、旋轉加工、激光加工。Rapp強調說：“聚合物的所有成型技術現在都可被用于該玻璃的加工。”

       科學家們生產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溫度下燒結以消除材料中產生的缺陷。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生類似于上面所示的玻璃構件（圖片由卡爾斯魯厄理工學院的Markus Breig提供）

       這種成形技術能夠制造在很多應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、微電子、生物技術和醫學工程等行業的發展。Rapp 補充道：“我們的工藝適合大規模生產，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，更節能。”

       這是尼普坦（NeptunLab）實驗室在液態玻璃聚合物混合的基礎上開發的石英玻璃加工的第三個創新工藝。科學家們已經在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用于3D打印，并證明其適合添加劑制造。

       從2014年到2018年，聯邦教育部和研究部已經為早期研究者的“納米材料類”競賽資助了280萬歐元。現在他們計劃商業化生產玻璃聚合物。