清华团队实现激光3D纳米打印技术新突破
发布时间：2022-10-20 来源：清华大学、澎湃新闻
近日，清华大学精密仪器系孙洪波教授、林琳涵副教授课题组提出了一种全新的纳米颗粒激光3D打印技术，利用光生高能载流子调控纳米颗粒表面化学活性，实现纳米粒子间化学键合的三维装配。该技术有望提升VR显示分辨率，让人们看到一个高清的虚拟现实世界。
研究团队在世界范围内首次应用了全新的打印原理并展示了多种不同纳米粒子的复杂三维结构和异质结构，在纳米粒子器件化领域实现了新的突破。这项技术实现了超越光学衍射极限的高精度激光微纳制造，打印点阵列密度超过20000ppi，为超高分辨功能器件的制备提供了新思路。芝加哥大学Dmitri V. Talapin教授对该技术也给予了高度认可和评价。
研究团队提出了光激发诱导化学键合的新原理，实现了纳米粒子的激光三维装配技术，以各种纳米粒子作为原料来组装三维纳米器件。以核壳结构的半导体量子点为例，利用激光激发量子点产生电子-空穴对，通过能级匹配，驱动光生空穴的隧穿和表面迁移，促使量子点表面配体脱附并形成活性化学位点，进而诱导量子点的表面化学成键，实现量子点之间的高效组装。
光激发诱导化学键合的原理示意图 基于以上原理，研究团队进一步对激光束进行聚焦与程序化扫描，实现了纳米材料复杂三维结构的精密成型。与现有的微纳加工制备技术相比，这项技术具有打印材料纯度高、三维加工能力强，具备多组分打印功能、打印分辨率高等鲜明特征。 量子点3D纳米打印结构形貌及荧光图 值得一提的是，光激发诱导化学键合的微纳制造原理具有广泛的材料和结构适应性，通过能级设计可以实现多种半导体、金属材料的高精度微纳制造，开辟了纳米器件制备工艺新途径，在片上光电器件集成、高性能传感材料等领域具有重要的应用前景。 该成果于近日发表在《科学》（Science）期刊上，题为“光激发诱导化学键合实现半导体量子点3D纳米打印”（3D nanoprinting of semiconductor quantum dots by photoexcitation-induced chemical bonding）。 此外，这项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、清华-佛山创新专项基金和精密测试技术及仪器国家重点实验室的资助。
