北理工團隊在量子點光刻膠研究中取得重要進展
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,，在量子點光刻膠開發(fā)方面取得重要進展。相關(guān)研究成果以“Direct Synthesis of Perovskite Quantum Dot Photoresist for Direct Photolithography”為題發(fā)表于國際頂級期刊《Angewandte Chemie International Edition》上,，該文章上線后被選為熱點文章（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)下實現(xiàn)戶外增強現(xiàn)實應(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，并實現(xiàn)高分辨率全彩Micro-LED顯示的圖案化技術(shù),。其中,，量子點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)團隊一直從事量子點材料開發(fā)和應(yīng)用技術(shù)研究，是國際上最早開展鈣鈦礦量子點研究的實驗室之一（ACS Nano 2015, 9, 4533,，Google引用>2400次）,。2016年，團隊發(fā)明了鈣鈦礦量子點原位制備技術(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光學(xué)膜的電視樣機和首批商業(yè)化電視，2024年進入量產(chǎn)階段,。面向微顯示應(yīng)用,，團隊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鈣鈦礦量子點的破壞問題,。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光刻膠產(chǎn)業(yè)痛點，提出了一種可在空氣環(huán)境中直接合成鈣鈦礦量子點光刻膠的技術(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,，并實現(xiàn)幾乎無熒光損失的全彩色量子點圖案,，如圖2所示。微米級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,，保持了高熒光量子效率,，為量子點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)橫向項目等項目的支持。低維量子結(jié)構(gòu)與器件工信部重點實驗室和先進材料實驗中心為該研究提供了平臺,。
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，主要研究方向為有機多功能材料的開發(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,。作為課題負責(zé)人,，主持完成國家自然科學(xué)青年/面上基金3項、教育部基金2項,、企業(yè)研發(fā)基金3項,。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。
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,、青年項目及北京市自然科學(xué)基金面上項目等。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》等雜志的青年編委,。
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