清华团队研发不需光学粘合组分,实现接近100%功能纳米粒子组分的3D打印技术-金属3D打印工厂

清华团队研发不需光学粘合组分,实现接近100%功能纳米粒子组分的3D打印技术-金属3D打印工厂插图

✅大唐盛世-3D打印一站式服务平台,专注于金属3D打印的设计、加工、定制生产及应用,为新老用户提供钛合金3D打印、不锈钢3D打印、铝合金3D打印、模具钢3D打印等近百种金属3D打印加工服务及综合解决方案。大唐盛世多年金属3D打印经验,打印精密度高(误差小于0.05mm),售后保证,不满意可重做。

      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利用光生高能载流子调控纳米材料的表面化学活性,实现基于化学键合的纳米粒子三维激光装配新技术。基于这项技术,研究团队展示了多种不同纳米粒子的复杂三维结构和异质结构,实现了超越光学衍射极限的高精度激光微纳制造,为微纳功能器件的制备提供了新思路。

       该成果于9月2日发表在《科学》(Science)期刊上,标题为“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 Photo-Excitation-Induced Chemical Bonding)。

清华团队研发不需光学粘合组分,实现接近100%功能纳米粒子组分的3D打印技术

https://doi.org/10.1126/science.abo5345

清华团队研发不需光学粘合组分,实现接近100%功能纳米粒子组分的3D打印技术

 研究背景与成果

作为21世纪高新技术产生和发展的源头,纳米科学与技术源自于材料尺寸减小至纳米尺度所产生的一系列奇特的物理、化学新效应,包括半导体材料中的量子限制效应与量子隧穿效应、金属材料出现的表面等离激元共振等。

现有的纳米器件的制备主要基于光刻、电子束曝光等微纳制造技术,仅适用有限种类的纳米材料,并且作为平面化制备工艺,难以实现纳米材料的三维制造。而另一方面,利用化学合成可以实现丰富多彩(不同尺寸、形貌、成分)纳米粒子的制备与精确裁制,并且这些纳米材料的晶体质量高、表面质量好,光、电、磁等多方面性能优越。然而这些化学合成的纳米粒子缺乏有效的器件化制备工艺,成为了其广泛应用的技术瓶颈。

针对以上难题,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(图1所示),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。

清华团队研发不需光学粘合组分,实现接近100%功能纳米粒子组分的3D打印技术

图1.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。

清华团队研发不需光学粘合组分,实现接近100%功能纳米粒子组分的3D打印技术

图2.量子点3D纳米打印结构形貌图

与现有的微纳加工制备技术相比,这项技术具有以下鲜明特征。打印材料纯度高:与现有的激光3D纳米打印技术相比,这项技术突破了光聚合的原理限制,不需要任何光学粘合组分,实现了接近100%功能纳米粒子组分的3D打印;三维加工能力强:能够实现复杂线性、弯曲和体结构等多种三维结构的纳米打印(图2);打印分辨率高:利用非线性光激发,使打印分辨率突破光学衍射极限,打印点阵列密度超过20000ppi,打印极限分辨率达到77nm,并在大规模阵列化加工保持优良的均一性;具备多组分打印功能:以不同尺寸的量子点作为原料,这项技术还展示了多组分的异质复合打印能力(图3)。

清华团队研发不需光学粘合组分,实现接近100%功能纳米粒子组分的3D打印技术

图3.量子点RGB三色打印及异质图案化

     论文展示了基于上述技术制备的高灵敏度光响应的量子点微型光电探测器。值得指出的是,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、高性能近眼显示等领域具有重要的应用前景。

(责任编辑:admin)

✅大唐盛世是一站式金属3D打印服务平台,长年专注于金属3D打印的设计、定制加工、小批量生产及后工序处理,拥有多年精密零件金属3D打印成型经验,旗下的大型金属3D打印生产基地位于东莞大朗镇光辉高新产业园,上万平米的打印生产制造车间,50多台高精度金属3D打印设备,CNC加工中心、4轴加工中心、5轴加工中心、三轴加工中心、铣床、数控车床、三坐标、精雕机、电火花机、钻攻机等配套设备上百台,擅长小公差、复杂结构原型、高精密度的金属零件小批量生产。为新老用户提供钛合金3D打印、铝合金3D打印、不锈钢3D打印、模具钢3D打印等近百种金属3D打印加工服务及综合解决方案。通过我们3D打印加工的产品被广泛应用于机械、医疗、通讯、电子、电器、汽车、航空航天等各行各业。公司自成立以来始终坚持:为客户提供满意的产品和服务的基本质量方针,严格执行ISO9001质量管理体系,加强6S质量体系的内部实施,并且通过全体员工的共同努力,让每一位客户对我们的服务及产品质量都表示满意。金属3D打印定制就到大唐盛世!

发表评论

https://www.3d-print.com.cn/