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Additive Manufacturing of Zn-Doped ZrO2 Architectures
Advanced Engineering Materials ( IF 3.4 ) Pub Date : 2024-04-12 , DOI: 10.1002/adem.202400187
Jędrzej P. Winczewski 1 , Joel Arriaga Dávila 1 , David Maestre 2 , Manuel Herrera-Zaldivar 3 , Han Gardeniers 1 , Arturo Susarrey Arce 1
Advanced Engineering Materials ( IF 3.4 ) Pub Date : 2024-04-12 , DOI: 10.1002/adem.202400187
Jędrzej P. Winczewski 1 , Joel Arriaga Dávila 1 , David Maestre 2 , Manuel Herrera-Zaldivar 3 , Han Gardeniers 1 , Arturo Susarrey Arce 1
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Tailoring the properties of microfabricated ceramics through doping can unlock new avenues for the additive manufacturing (AM) of advanced 3D architectures. The first step to achieving optical functionality is to control material morphology, crystallinity, and defects associated with the composition of the produced AM architecture and dopants. For this purpose, AM of zinc-doped zirconia (ZrO2:Zn) 3D microarchitectures is proposed using two-photon lithography and tailor-made resin. It is found that Zn doping modulates ZrO2:Zn architecture crystallinity and optical properties. The modification of optical properties through Zn doping is confirmed by micro-photoluminescence, where higher energy photon emission is observed due to the promotion of oxygen vacancies and surface defects. It is also shown that Zn 2.5% and 5 wt% stabilizes the monoclinic ZrO2 at a lower temperature than in the case of undoped ZrO2. Furthermore, there is evidence that Zn tends to form ZnO wurtzite, which is later sublimated. The findings provide a promising route to understand the role of defects ZrO2:Zn optically upon annealing.
中文翻译：
掺锌 ZrO2 结构的增材制造
通过掺杂定制微细陶瓷的特性可以为先进 3D 架构的增材制造 (AM) 开辟新途径。实现光学功能的第一步是控制材料形态、结晶度以及与所生产的增材制造结构和掺杂剂的成分相关的缺陷。为此，提出使用双光子光刻和定制树脂来增材制造锌掺杂氧化锆 (ZrO 2 :Zn) 3D 微结构。研究发现Zn掺杂可调节ZrO 2 ：Zn结构的结晶度和光学性质。微光致发光证实了通过锌掺杂改变光学性能，由于氧空位和表面缺陷的促进，观察到更高能量的光子发射。还表明，与未掺杂的 ZrO 2 相比，2.5% 和 5 wt% 的 Zn 可在更低的温度下稳定单斜晶 ZrO 2 。此外，有证据表明，Zn 倾向于形成 ZnO 纤锌矿，随后升华。这些发现为了解退火时光学缺陷 ZrO 2 :Zn 的作用提供了一条有希望的途径。
更新日期：2024-04-12
中文翻译：
掺锌 ZrO2 结构的增材制造
通过掺杂定制微细陶瓷的特性可以为先进 3D 架构的增材制造 (AM) 开辟新途径。实现光学功能的第一步是控制材料形态、结晶度以及与所生产的增材制造结构和掺杂剂的成分相关的缺陷。为此，提出使用双光子光刻和定制树脂来增材制造锌掺杂氧化锆 (ZrO 2 :Zn) 3D 微结构。研究发现Zn掺杂可调节ZrO 2 ：Zn结构的结晶度和光学性质。微光致发光证实了通过锌掺杂改变光学性能，由于氧空位和表面缺陷的促进，观察到更高能量的光子发射。还表明，与未掺杂的 ZrO 2 相比，2.5% 和 5 wt% 的 Zn 可在更低的温度下稳定单斜晶 ZrO 2 。此外，有证据表明，Zn 倾向于形成 ZnO 纤锌矿，随后升华。这些发现为了解退火时光学缺陷 ZrO 2 :Zn 的作用提供了一条有希望的途径。
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