[发明专利]具有亚微米和纳米尺寸带隙结构的玻璃结构及其制造方法

说明书

发明背景

相关申请交叉引用

本申请要求2008年4月21日提交的题为“具有亚微米和纳米尺寸带隙结构的玻璃结构及其制造方法(Glass Structure Having Sub-Micron and Nano-Size Bandgap Structures and Method of Producing Same)”的美国非临时性专利申请第12/148591号的优先权，本文通过全文参考该申请的内容，以该申请为基础并将其结合于此。

发明领域

本发明涉及制造亚微米和纳米尺寸结构、尤其是玻璃结构的方法。

技术背景

已经通过使用陶瓷材料和各种技术制造了用作毫米和微米级带隙结构的结构。例如，一种制造这样的微米级结构的方法是采用所谓快速原型开发(rapid prototyping)。这种技术通常将计算机辅助设计与压条法结合，用以制造结构。将所需结构的一种模型进行电子分层(electronically sectioned)，形成预定厚度的一些层。通过层叠重建该结构的各层，并重建原始部件。最终形状的细节和复杂性取决于单独的起始各层的厚度。然后对该结构进行有机粘结剂烧尽工艺和最终烧结工艺。有一些专利描述了该工艺。这些专利包括例如美国专利第5738817和5997795号，这些专利的揭示内容通过参考明确地结合于此。

发明概述

本文揭示了制造亚微米和纳米尺寸玻璃结构的方法，该方法包括以下步骤：一次分配一层玻璃混合物，形成预定的结构，所述玻璃混合物包含玻璃粉末和粘结剂，在粘结剂烧尽过程中从预定的结构除去至少75％的粘结剂，将预定的结构烧结，形成具有预定的横截面面积的第一玻璃结构，将该玻璃结构拉制成第二玻璃结构，该第二玻璃结构具有的横截面面积至少比第一玻璃结构的预定横截面面积小10倍，在一些情况中至少小50倍，在一些情况中至少小100倍。优选该分配步骤包括分配多个层，各层一次沉积一个层，在一些优选的实施方式中，这种沉积可包括沉积超过10个、更优选超过20个层。在一些优选的实施方式中，各层的厚度可小于2毫米，更优选小于1毫米，在一些实施方式中小于500微米。在一些实施方式中，拉制步骤导致第二玻璃结构具有的横截面面积至少比第一玻璃结构的预定横截面面积小500倍，在一些情况中至少小800倍。因此，这个过程导致形成宽度、长度或直径在纳米的10倍或100倍量级的直立结构(standing structure)。

在另一个方面中，揭示了用于使光偏振的玻璃结构，该玻璃结构包括整体式玻璃结构和多个延伸通过该整体式玻璃结构的开孔，这些位于整体式玻璃结构中的开孔具有约200纳米的直径。

以下详细说明中将提出本发明的其他特征和优点，对于本领域普通技术人员而言，通过阅读说明书或者实施本发明，包括以下详细说明、权利要求书和附图，这些特征和优点中的一部分将是显而易见的。

应该理解，对于本发明实施方式的以上一般说明和以下详细说明都是示例性和说明性的，意在为理解要求权利的本发明的性质和特征提供概览或框架。包括附图以提供对本发明的进一步理解，附图结合在说明书中，并构成说明书的一部分。附图结合说明书说明本发明的各实施方式，解释本发明的原理和工作。

附图简要描述

图1是根据本发明的第一整体式玻璃结构的前视图；和

图2是图1的整体式玻璃结构的一部分的放大视图。

优选实施方式详细说明

具体参考本发明提出的优选实施方式，在附图中说明这些实施方式的例子。尽可能在所有附图中使用相同的附图标记来表示相同或类似的部分。

在一个实施方式中，制备一种玻璃混合物，用于制造如图1和2中所示的预定结构100。这些结构可采用能沉积或形成其尺寸等于或小于几毫米的结构的任何方法制造。优选的沉积技术包括但并不限于微分配技术，如快速原型开发和微型笔(micropen)。例如，在一种实施方式中，可采用快速原型开发机器制造预定结构100，采用该机器“印刷”玻璃混合物的多个层，各层一次印刷一个，从而形成三维结构。所述玻璃混合物可以是任何玻璃组合物。例如，在一些实施方式中，玻璃混合物可以是氧化硅基玻璃，如硼硅酸盐玻璃。玻璃混合物优选由所需玻璃组成的玻璃粉末制备。优选玻璃粉末中的玻璃尺寸在微米范围内。玻璃混合物还优选包含有机粘结剂，可以是任何合适的商购粘结剂。玻璃混合物优选为60-90％玻璃粉末和10-40％粘结剂，更优选为70-80％玻璃粉末和20-30％粘结剂。然后调节玻璃混合物的稠度，通过快速原型开发机器进行充分分配。