【科技前沿】

　　光明日報北京10月25日電（記者鄧暉、通訊員李曉罡）近日，清華大學(xué)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(gè)高清的虛擬現實(shí)世界。

　　該成果以《光激發(fā)誘導化學(xué)鍵合實(shí)現半導體量子點(diǎn)3D納米打印》為題，近日發(fā)表在《科學(xué)》期刊上。

　　納米科學(xué)與技術(shù)作為21世紀最熱門(mén)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(dòng)作用，無(wú)論是在先進(jìn)電子設備，還是在生物醫學(xué)檢測等領(lǐng)域，都隨處可見(jiàn)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(xué)效應，包括半導體材料中的量子限域效應與量子隧穿效應，金屬材料出現的表面等離激元共振等。現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(lèi)的納米材料，并且作為平面化制備工藝，難以實(shí)現納米材料的三維制造。

　　另一方面，利用化學(xué)合成可以實(shí)現豐富多彩（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(xué)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(xué)鍵合的新原理，實(shí)現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(lái)組裝三維納米器件。以核殼結構的半導體量子點(diǎn)為例，利用激光激發(fā)量子點(diǎn)產(chǎn)生電子-空穴對，通過(guò)能級匹配，驅動(dòng)光生空穴的隧穿和表面遷移，促使量子點(diǎn)表面配體脫附并形成活性化學(xué)位點(diǎn)，進(jìn)而誘導量子點(diǎn)的表面化學(xué)成鍵，實(shí)現量子點(diǎn)之間的高效組裝。

　　據悉，基于以上原理，研究團隊進(jìn)一步對激光束進(jìn)行聚焦與程序化掃描，實(shí)現了納米材料復雜三維結構的精密成型。

　　“與現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(xué)粘合組分，實(shí)現了接近100%功能納米粒子組分的3D打印；二是三維加工能力強，能夠實(shí)現復雜線(xiàn)性、彎曲和體結構等多種三維結構的納米打印，從而用于構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(diǎn)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(xiàn)性光激發(fā)，使打印分辨率突破光學(xué)衍射極限，打印點(diǎn)陣列密度超過(guò)20000ppi，打印極限分辨率達到77nm，有助于實(shí)現超高分辨率顯示器件，推動(dòng)VR領(lǐng)域的發(fā)展。”團隊相關(guān)負責人表示。

　　據了解，光激發(fā)誘導化學(xué)鍵合的微納制造原理具有廣泛的材料和結構適應性，通過(guò)能級設計可以實(shí)現多種半導體、金屬材料的高精度微納制造，開(kāi)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。