北理工團(tuán)隊(duì)在量子點(diǎn)光刻膠研究中取得重要進(jìn)展
發(fā)布日期：2024-11-14 供稿：材料學(xué)院 石建兵 攝影：材料學(xué)院
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近日，北京理工大學(xué)材料學(xué)院石建兵副教授和光電學(xué)院楊高嶺副研究員合作,，在量子點(diǎn)光刻膠開發(fā)方面取得重要進(jìn)展,。相關(guān)研究成果以“Direct Synthesis of Perovskite Quantum Dot Photoresist for Direct Photolithography”為題發(fā)表于國際頂級(jí)期刊《Angewandte Chemie International Edition》上，該文章上線后被選為熱點(diǎn)文章（Hot Paper）,。北京理工大學(xué)為唯一完成單位,，周笑塵和高志遠(yuǎn)兩位碩士生為共同第一作者，石建兵和楊高嶺為共同通訊作者,，董宇平教授和鐘海政教授對(duì)本工作給予了重要指導(dǎo),。
微型發(fā)光二極管（Micro-LED）顯示技術(shù)憑借高亮度、低功耗和高分辨率等優(yōu)勢成為當(dāng)下實(shí)現(xiàn)戶外增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的最優(yōu)解決方案,。直接光刻是一種可高通量構(gòu)建色轉(zhuǎn)換陣列,，并實(shí)現(xiàn)高分辨率全彩Micro-LED顯示的圖案化技術(shù)。其中,，量子點(diǎn)光刻膠是直接光刻工藝中最為核心的部分（Advanced Optical Materials 2024, 12, 2401106）,。鈣鈦礦量子點(diǎn)具有高吸收系數(shù)、高熒光量子產(chǎn)率和可原位制備等優(yōu)勢,，成為制備量子點(diǎn)Micro-LED的最佳材料選擇之一。北京理工大學(xué)智能光子學(xué)團(tuán)隊(duì)一直從事量子點(diǎn)材料開發(fā)和應(yīng)用技術(shù)研究,，是國際上最早開展鈣鈦礦量子點(diǎn)研究的實(shí)驗(yàn)室之一（ACS Nano 2015, 9, 4533,，Google引用>2400次）,。2016年，團(tuán)隊(duì)發(fā)明了鈣鈦礦量子點(diǎn)原位制備技術(shù)（Advanced Materials 2016, 28, 9163）,，經(jīng)過產(chǎn)學(xué)研合作,，在全球率先推出了搭載鈣鈦礦量子點(diǎn)光學(xué)膜的電視樣機(jī)和首批商業(yè)化電視，2024年進(jìn)入量產(chǎn)階段,。面向微顯示應(yīng)用,，團(tuán)隊(duì)成員楊高嶺副研究員將鈣鈦礦的原位制備技術(shù)與直接光刻工藝相結(jié)合，2022年首次提出量子點(diǎn)原位直接光刻的概念（Nature Communications 2022, 13, 6713）,，解決了傳統(tǒng)光刻中曝光和顯影過程對(duì)鈣鈦礦量子點(diǎn)的破壞問題,。再此基礎(chǔ)之上，楊高嶺與材料學(xué)院的石建兵副教授合作,，進(jìn)一步開發(fā)出可“按需”控制活性自由基的光引發(fā)劑接枝低聚物,，有效改善了量子點(diǎn)圖案陣列中的線邊緣粗糙度（ACS Applied Nano Materials 2024, DOI: 10.1021/acsanm.3c06297）。為了進(jìn)一步滿足產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用需求,、減少高危溶劑的使用,，發(fā)明了鈣鈦礦量子點(diǎn)的無溶劑原位直接光刻技術(shù)（Advanced Optical Materials 2024, 12, 2400486）。
最近,，他們通過深度挖掘量子點(diǎn)光刻膠產(chǎn)業(yè)痛點(diǎn),，提出了一種可在空氣環(huán)境中直接合成鈣鈦礦量子點(diǎn)光刻膠的技術(shù)，如圖1所示,。與傳統(tǒng)的離心,、分離、分散的量子點(diǎn)光刻膠制造工藝不同,，該技術(shù)利用丙烯酸異冰片酯（IBOA）作為溶劑與聚合單體,，制備成可直接圖案化的量子點(diǎn)光刻膠，該直接光刻工藝無需復(fù)雜的后處理過程,。
圖1. 一步法直接合成鈣鈦礦量子點(diǎn)光刻膠
通過直接光刻工藝,，可以構(gòu)建14 μm厚的色轉(zhuǎn)換膜，并實(shí)現(xiàn)幾乎無熒光損失的全彩色量子點(diǎn)圖案,，如圖2所示,。微米級(jí)的像素陣列邊緣清晰可辨，表面光滑平整,，熒光均勻性接近100%,。該光刻工藝不需要使用溶劑，原位生成鈣鈦礦量子點(diǎn),，保持了高熒光量子效率,，為量子點(diǎn)光刻膠的合成制備提供了全新的思路與解決方案。
圖2. 直接光刻構(gòu)建量子點(diǎn)像素圖案
該研究得到了國家自然科學(xué)基金,、北京自然科學(xué)基金,、致晶科技企業(yè)橫向項(xiàng)目等項(xiàng)目的支持,。低維量子結(jié)構(gòu)與器件工信部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和先進(jìn)材料實(shí)驗(yàn)中心為該研究提供了平臺(tái)。
論文信息：Xiaochen Zhou, Zhiyuan Gao, Jianbing Shi,* Tianhe Li, Shunsheng Wei, Peng Huang, Pingping Zhang, Gaoling Yang.* Angewandte Chemie International Edition 2024, e202413741.
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202413741
附作者簡介：
石建兵,，北京理工大學(xué)材料學(xué)院副教授,，主要研究方向?yàn)橛袡C(jī)多功能材料的開發(fā)及其應(yīng)用，包括：(1) 聚集誘導(dǎo)發(fā)光材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,；(2) 多功能高分子材料的合成方法學(xué)及其在高端光刻膠,、藥物智能控釋等領(lǐng)域的應(yīng)用。作為課題負(fù)責(zé)人,，主持完成國家自然科學(xué)青年/面上基金3項(xiàng),、教育部基金2項(xiàng)、企業(yè)研發(fā)基金3項(xiàng),。自2009年9月入職北京理工大學(xué)以來,，已在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.,、Macromolecules,、Biomaterials、Sci. China Chem.等專業(yè)學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文100余篇 (H-index = 39) ,，已獲中國授權(quán)專利7項(xiàng),。
楊高嶺，北京理工大學(xué)光電學(xué)院特別副研究員,，碩士生導(dǎo)師,，目前從事量子點(diǎn)光刻技術(shù)及其光電應(yīng)用研究。主持國家自然科學(xué)基金面上,、青年項(xiàng)目及北京市自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等,。近5年，以第一/通訊作者在Nature Synthesis,、Nature Communications,、Angew. Chem. Int. Ed.、ACS Nano,、Nano Letters,、Advanced Functional Materials、Advanced Optical Materials,、ACS Photonics等國際重要期刊發(fā)表論文30余篇,，兼任Nano Research、Int. J. Extreme Manuf.,、《發(fā)光學(xué)報(bào)》等雜志的青年編委,。
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