journal article·2024-06Open access

Additive Manufacturing of Zn‐Doped ZrO2 Architectures

Jędrzej Winczewski, Joel Arriaga‐Dávila, David Maestre, Manuel Herrera‐Zaldívar, Han Gardeniers, Arturo Susarrey‐Arce

Advanced Engineering Materials· Volume 26· Issue 11

Abstract

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.
Source: crossref · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Additive Manufacturing and 3D Printing Technologies · Bone Tissue Engineering Materials · Advanced Photocatalysis Techniques

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Mesoscale Chemical Systems MESA+ Institute University of Twente PO Box 217 7500 AE Enschede The Netherlands

Department of Materials Physics Faculty of Physics Complutense University of Madrid 28040 Madrid Spain

Centro de Nanociencias y Nanotecnología Universidad Nacional Autónoma de México Km 107 Carretera Tijuana‐Ensenada Ensenada Baja California C.P. 22800 Mexico

Funding

FP7 Ideas: European Research Council · University of California Institute for Mexico and The United States

References (100+)

Show source-provided references
1. Baldacchini T. · 2020 · 57
2. 10.1016/j.trechm.2023.12.00510.1016/j.trechm.2023.12.005 ↗
3. 10.1021/acs.nanolett.0c0045410.1021/acs.nanolett.0c00454 ↗
4. 10.1002/adma.20190134510.1002/adma.201901345 ↗
5. 10.1002/adom.20210275810.1002/adom.202102758 ↗
6. 10.1039/D2CC06953A10.1039/D2CC06953A ↗
7. 10.1002/adfm.20221523010.1002/adfm.202215230 ↗
8. 10.1002/adfm.20221421110.1002/adfm.202214211 ↗
9. 10.1016/j.chphma.2022.08.00210.1016/j.chphma.2022.08.002 ↗
10. 10.1016/j.inoche.2022.10980810.1016/j.inoche.2022.109808 ↗
11. Nielsen R. H. · 2007 · 621
12. 10.1016/j.jpcs.2021.11004610.1016/j.jpcs.2021.110046 ↗
13. 10.1016/j.dental.2014.03.00510.1016/j.dental.2014.03.005 ↗
14. 10.1021/acs.cgd.2c0056210.1021/acs.cgd.2c00562 ↗
15. 10.1016/S0920-5861(01)00322-410.1016/S0920-5861(01)00322-4 ↗
16. 10.1111/j.1151-2916.1994.tb05403.x10.1111/j.1151-2916.1994.tb05403.x ↗
17. 10.1016/j.matdes.2024.11270110.1016/j.matdes.2024.112701 ↗
18. 10.1021/acs.chemrev.9b0050710.1021/acs.chemrev.9b00507 ↗
19. 10.1016/j.ssi.2004.07.03910.1016/j.ssi.2004.07.039 ↗
20. 10.1016/j.ssc.2022.11500610.1016/j.ssc.2022.115006 ↗
21. King A. · Optik (Stuttg). · 2021 · 242
22. 10.1063/1.349647110.1063/1.3496471 ↗
23. 10.1039/C7NR03175K10.1039/C7NR03175K ↗
24. 10.1111/jace.1873510.1111/jace.18735 ↗
25. 10.1063/1.369347010.1063/1.3693470 ↗
26. 10.1016/j.jlumin.2019.03.06210.1016/j.jlumin.2019.03.062 ↗
27. 10.1016/j.ssi.2022.11600910.1016/j.ssi.2022.116009 ↗
28. 10.1016/j.actamat.2020.10.04510.1016/j.actamat.2020.10.045 ↗
29. 10.1111/j.1551-2916.2010.04349.x10.1111/j.1551-2916.2010.04349.x ↗
30. 10.1149/1.211386610.1149/1.2113866 ↗
31. 10.1111/jace.1894510.1111/jace.18945 ↗
32. 10.1007/s10853-020-04768-310.1007/s10853-020-04768-3 ↗
33. 10.1021/acsami.3c0025110.1021/acsami.3c00251 ↗
34. 10.1016/j.matdes.2023.11214210.1016/j.matdes.2023.112142 ↗
35. Ding J. · Appl. Surf. Sci. · 2022 · 587
36. 10.1007/s00894-022-05328-z10.1007/s00894-022-05328-z ↗
37. A. V.Ajay S.Mohan S. P.Sivapirakasam inAIP Conf. Proc. American Institute of Physics Inc. 2021.
38. 10.3390/coatings1108090110.3390/coatings11080901 ↗
39. 10.3390/nano904055510.3390/nano9040555 ↗
40. 10.1016/j.apsusc.2023.15779610.1016/j.apsusc.2023.157796 ↗
41. 10.1016/j.snb.2014.04.07210.1016/j.snb.2014.04.072 ↗
42. 10.1021/j100790a05210.1021/j100790a052 ↗
43. 10.1139/v60-08410.1139/v60-084 ↗
44. Kortright J. B. · 2009 · 8
45. 10.1002/sca.495019020510.1002/sca.4950190205 ↗
46. 10.1149/2.0181411jss10.1149/2.0181411jss ↗
47. Tuschel D. · Spectrosc. (Santa Monica) · 2016 · 31 · 3
48. 10.1006/jssc.1999.856510.1006/jssc.1999.8565 ↗
49. Spizzirri P. G. · Mater. Forum · 2010 · 34 · 161
50. 10.1103/PhysRevB.59.317310.1103/PhysRevB.59.3173 ↗
51. 10.1016/j.solidstatesciences.2008.10.01610.1016/j.solidstatesciences.2008.10.016 ↗
52. 10.1063/1.212678410.1063/1.2126784 ↗
53. 10.1016/j.pmatsci.2019.10062310.1016/j.pmatsci.2019.100623 ↗
54. 10.1186/s11671-015-0780-z10.1186/s11671-015-0780-z ↗
55. 10.1017/S088571560000951910.1017/S0885715600009519 ↗
56. 10.1107/S010876818701027910.1107/S0108768187010279 ↗
57. 10.1016/j.matlet.2010.09.02910.1016/j.matlet.2010.09.029 ↗
58. 10.1126/sciadv.170129010.1126/sciadv.1701290 ↗
59. 10.1002/adma.20230707710.1002/adma.202307077 ↗
60. 10.1002/sia.540610.1002/sia.5406 ↗
61. Xu L. · 2015 · 451
62. 10.1021/acsami.2c0252010.1021/acsami.2c02520 ↗
63. 10.1063/1.12504410.1063/1.125044 ↗
64. 10.1063/5.008635910.1063/5.0086359 ↗
65. 10.1016/j.fuproc.2015.07.01710.1016/j.fuproc.2015.07.017 ↗
66. 10.1016/j.fuproc.2017.03.01710.1016/j.fuproc.2017.03.017 ↗
67. 10.1016/j.apsusc.2022.15368110.1016/j.apsusc.2022.153681 ↗
68. 10.1038/srep2721810.1038/srep27218 ↗
69. 10.1016/j.solmat.2018.03.02310.1016/j.solmat.2018.03.023 ↗
70. 10.1021/jacs.6b0694910.1021/jacs.6b06949 ↗
71. 10.1016/j.ijhydene.2019.03.04610.1016/j.ijhydene.2019.03.046 ↗
72. 10.1016/j.apsusc.2007.01.12610.1016/j.apsusc.2007.01.126 ↗
73. 10.1002/ppsc.20100002710.1002/ppsc.201000027 ↗
74. 10.1039/C4NR01887G10.1039/C4NR01887G ↗
75. 10.1063/1.219882110.1063/1.2198821 ↗
76. 10.1021/acsaelm.1c0102610.1021/acsaelm.1c01026 ↗
77. 10.1063/1.511717110.1063/1.5117171 ↗
78. 10.1016/j.matchemphys.2004.09.00610.1016/j.matchemphys.2004.09.006 ↗
79. 10.1039/C9CP03322J10.1039/C9CP03322J ↗
80. 10.1002/slct.20200210810.1002/slct.202002108 ↗
81. 10.1016/j.jphotochem.2022.11397010.1016/j.jphotochem.2022.113970 ↗
82. 10.1021/ic900369b10.1021/ic900369b ↗
83. 10.1016/j.susc.2021.12189410.1016/j.susc.2021.121894 ↗
84. 10.1021/la900146y10.1021/la900146y ↗
85. 10.1007/s10971-012-2856-x10.1007/s10971-012-2856-x ↗
86. O.Mangla S.Roy inIOCN 2018 MDPI Basel Switzerland 2018 pp10.10.3390/IOCN_2018-1-05486 ↗
87. 10.1007/s12274-009-9092-x10.1007/s12274-009-9092-x ↗
88. 10.1080/0010751011012081210.1080/00107510110120812 ↗
89. 10.1007/s00339-005-3238-910.1007/s00339-005-3238-9 ↗
90. Singh A. K. · Sci. World J. · 2014 · 2014 · 1
91. 10.1111/j.1551-2916.2009.03396.x10.1111/j.1551-2916.2009.03396.x ↗
92. 10.1021/jp066615l10.1021/jp066615l ↗
93. 10.1016/j.molliq.2016.01.04610.1016/j.molliq.2016.01.046 ↗
94. 10.1088/0022-3727/46/44/44500410.1088/0022-3727/46/44/445004 ↗
95. 10.1016/j.chemosphere.2019.12476610.1016/j.chemosphere.2019.124766 ↗
96. 10.1039/C4RA11924J10.1039/C4RA11924J ↗
97. 10.1021/la902866a10.1021/la902866a ↗
98. 10.1016/j.apcata.2014.10.05310.1016/j.apcata.2014.10.053 ↗
99. 10.1016/j.ijleo.2015.11.01810.1016/j.ijleo.2015.11.018 ↗
100. 10.1016/j.ceramint.2014.01.06310.1016/j.ceramint.2014.01.063 ↗