清华团队提出纳米粒子的三维激光装配技术

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。该成果以3D nanoprinting of semiconductor quantum dots by photo-excitationinduced chemical bonding为题发表在Science上。

现有的纳米器件的制备仅适用于有限种类的纳米材料，且难以实现纳米材料的三维制造。另一方面，利用化学合成虽可以实现不同尺寸、形貌、成分纳米粒子的制备与精确裁制，但这种纳米粒子缺乏有效的器件化制备工艺，成为其广泛应用的技术瓶颈。为此，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，以各种纳米粒子为原料来组装三维纳米器件。

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形，相比现有微纳加工制备技术，该技术打印材料纯度高、三维加工能力强、打印分辨率高且具备多组分打印功能。

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。其中，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。

下图为光激发诱导化学键合原理示意图。