| 來源:光明日報 | 發(fā)布時間:2022-10-31 | 瀏覽次數(shù)：296 | |
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近日，清華大學精密儀器系孫洪波教授、林琳涵副教授課題組提出了一種全新的納米顆粒激光3D打印技術(shù)，利用深圳印刷廠全新的打印原理和機制，賦予3D納米打印技術(shù)更多的神奇特性。該技術(shù)有望提升VR顯示分辨率，讓人們看到一個高清的虛擬現(xiàn)實世界。 該成果以《光激發(fā)誘導化學鍵合實現(xiàn)半導體量子點3D納米打印》為題，近日發(fā)表在《科學》期刊上。
納米科學與技術(shù)作為21世紀最熱門的研究領(lǐng)域之一，對當前集成化、智能化發(fā)展有重要推動作用，無論是在先進電子設(shè)備，還是在生物醫(yī)學檢測等領(lǐng)域，都隨處可見納米技術(shù)的應用。
當然，這些前沿應用背后的原理是基于材料尺寸減小至納米尺度所產(chǎn)生的一系列奇特的物理、化學效應，包括半導體材料中的量子限域效應與量子隧穿效應，金屬材料出現(xiàn)的表面等離激元共振等。現(xiàn)有的納米器件的制備主要基于光刻、電子束曝光等微納制造技術(shù)，僅適用有限種類的納米材料，并且作為平面化制備工藝，難以實現(xiàn)納米材料的三維制造。
另一方面，利用化學合成可以實現(xiàn)豐富多彩（不同尺寸、形貌、成分）納米粒子的制備與精確裁制，并且這些納米材料的晶體質(zhì)量高、表面質(zhì)量好，光、電、磁等多方面性能優(yōu)越。然而，這些化學合成的納米粒子缺乏有效的器件化制備工藝，成為其廣泛應用的技術(shù)瓶頸。
針對以上難題，研究團隊提出了光激發(fā)誘導化學鍵合的新原理，實現(xiàn)了納米粒子的激光三維裝配技術(shù)，以各種納米粒子作為原料來組裝三維納米器件。以核殼結(jié)構(gòu)的半導體量子點為例，利用激光激發(fā)量子點產(chǎn)生電子-空穴對，通過能級匹配，驅(qū)動光生空穴的隧穿和表面遷移，促使量子點表面配體脫附并形成活性化學位點，進而誘導量子點的表面化學成鍵，實現(xiàn)量子點之間的高效組裝。
據(jù)悉，基于以上原理，研究團隊進一步對激光束進行聚焦與程序化掃描，實現(xiàn)了納米材料復雜三維結(jié)構(gòu)的精密成型。
“與現(xiàn)有的微納加工制備技術(shù)相比，這項技術(shù)具有鮮明特征：一是打印材料純度高，突破了光聚合的原理限制，不需要任何光學粘合組分，實現(xiàn)了接近100%功能納米粒子組分的3D打印；二是三維加工能力強，能夠?qū)崿F(xiàn)復雜線性、彎曲和體結(jié)構(gòu)等多種三維結(jié)構(gòu)的納米打印，從而用于構(gòu)造新功能三維光電器件；三是具備多組分打印功能，以不同尺寸的量子點作為原料，這項技術(shù)展示了多組分的異質(zhì)復合打印能力；四是打印分辨率高，利用非線性光激發(fā)，使打印分辨率突破光學衍射極限，打印點陣列密度超過20000ppi，打印極限分辨率達到77nm，有助于實現(xiàn)超高分辨率顯示器件，推動VR領(lǐng)域的發(fā)展。”團隊相關(guān)負責人表示。
據(jù)了解，光激發(fā)誘導化學鍵合的微納制造原理具有廣泛的材料和結(jié)構(gòu)適應性，通過能級設(shè)計可以實現(xiàn)多種半導體、金屬材料的高精度微納制造，開辟了納米器件制備工藝新途徑，在片上光電器件集成、高性能傳感材料等領(lǐng)域具有重要的應用前景。
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