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撰稿 | 詹雯杰（北京理工大學(xué)）

本文內(nèi)容由課題組提供

量子點(diǎn)作為一種新型半導(dǎo)體納米材料，具有發(fā)光效率高、窄半峰寬、波長(zhǎng)可調(diào)等特點(diǎn)，在照明顯示、探測(cè)成像、生物標(biāo)記、激光等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。量子點(diǎn)可與LCD、OLED、Micro-LED等顯示技術(shù)結(jié)合，顯著提高顯示器件的色彩品質(zhì)，簡(jiǎn)化產(chǎn)品的制造工藝，成為顯示領(lǐng)域重要的前沿技術(shù)之一（Light Sci Appl 2020，9, 105）。

鈣鈦礦量子點(diǎn)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新型量子點(diǎn)材料，具有容易制備、光學(xué)特性優(yōu)異等特點(diǎn)，在顯示領(lǐng)域具有應(yīng)用潛力。北京理工大學(xué)鐘海政課題組是國(guó)際上最早開展鈣鈦礦量子點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)室之一，2015年首次報(bào)道了鈣鈦礦量子點(diǎn)的室溫再沉淀制備技術(shù)及其液晶顯示背光LED應(yīng)用(ACS Nano 2015, 9, 4533)，所發(fā)明的鈣鈦礦量子點(diǎn)原位制備技術(shù)進(jìn)入了產(chǎn)品推廣階段。

圖案化是推動(dòng)鈣鈦礦量子點(diǎn)在OLED和Micro-LED等顯示技術(shù)應(yīng)用的核心工藝（Small Methods 2018, 2, 1800110 ）。激光直寫技術(shù)是一種通過(guò)激光實(shí)現(xiàn)物質(zhì)改性的圖案化技術(shù)，具有高精度，高靈活性，熱效應(yīng)小等優(yōu)勢(shì)，甚至可以制備特殊的三維結(jié)構(gòu)，目前已被廣泛應(yīng)用在材料圖案化、集成化、功能化當(dāng)中。如何利用激光直寫技術(shù)制備鈣鈦礦量子點(diǎn)圖案化一直是領(lǐng)域追求的重點(diǎn)研究方向，吸引了很多研究者的關(guān)注。由于鈣鈦礦材料的光穩(wěn)定性差，在激光直寫圖案化過(guò)程中，保持鈣鈦礦量子點(diǎn)優(yōu)異的光學(xué)特性是這一研究的重要挑戰(zhàn)。

近日，北京理工大學(xué)鐘海政課題組和北京大學(xué)施可彬課題組合作，報(bào)道了鈣鈦礦量子點(diǎn)激光直寫原位制備圖案化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高分辨率、高發(fā)光效率鈣鈦礦量子點(diǎn)圖案，像素尺寸小于900 nm，熒光效率達(dá)到92%。

目前該文章以“In Situ Patterning Perovskite Quantum Dots by Direct Laser Writing Fabrication”為題發(fā)表于ACS Photonics。

該研究主要基于聚合物與鈣鈦礦量子點(diǎn)導(dǎo)熱率的差異，利用405 nm納秒激光作為光源，通過(guò)對(duì)包含鈣鈦礦前驅(qū)體的聚合物薄膜進(jìn)行激光直寫，實(shí)現(xiàn)了γ-CsPbI3鈣鈦礦量子點(diǎn)的圖案化制備。

如圖1所示，其工作流程十分簡(jiǎn)單主要分為兩步：

• 第一步：前驅(qū)體薄膜的原位制備；

• 第二步：激光直寫制備圖案化。通過(guò)激光退火代替熱退火，在形成量子點(diǎn)的同時(shí)也完成了圖案化的制備。由于聚合物的包覆，所制備的鈣鈦礦量子點(diǎn)可保持優(yōu)異的發(fā)光特性，量子產(chǎn)率高達(dá)92%。

圖1 激光直寫制備鈣鈦礦圖案化薄膜的流程圖

通過(guò)改變激光寫入的參數(shù)，研究者制作了周期為4 μm的熒光光柵。如圖2所示，所得的光柵具有均勻且周期性的結(jié)構(gòu)，且表現(xiàn)出顯著的偏振調(diào)制特性。

圖2 激光直寫制備鈣鈦礦發(fā)光光柵及其偏振特性

此外，為了證明該技術(shù)的普適性，研究人員展示了更加復(fù)雜圖案的制備。圖3顯示了使用OLYMPUS MX51光學(xué)顯微鏡在白光（圖3a–c）和UV-365 nm光照（圖3d–f）下制作的圖案化鈣鈦礦量子點(diǎn)的光學(xué)圖像。

圖3 熒光顯微鏡下圖案化的鈣鈦礦量子點(diǎn)的復(fù)雜結(jié)構(gòu) (標(biāo)尺：10 μm)

激光加工圖案的寫入軌跡由可編程系統(tǒng)控制。可以看到，復(fù)雜圖案在光學(xué)顯微鏡的亮場(chǎng)下線條連續(xù)且均勻。這種圖案在陽(yáng)光下不明顯，但在UV-365 nm的光下會(huì)顯示出明亮的紅色熒光，表明了其在防偽和光學(xué)加密中的潛在應(yīng)用。同時(shí)他們的研究表明，除了使用405 nm納秒激光光源外，他們的研究表明連續(xù)光半導(dǎo)體也作為激光直寫的光源來(lái)進(jìn)行鈣鈦礦量子點(diǎn)的圖案化。這種可實(shí)現(xiàn)高分辨率圖案的簡(jiǎn)單激光直寫技術(shù)，為未來(lái)鈣鈦礦量子點(diǎn)在Micro LED色轉(zhuǎn)換、防偽加密、信息存儲(chǔ)等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了機(jī)遇。

論文的第一作者是北京理工大學(xué)的碩士生詹雯杰同學(xué)，北京大學(xué)的邵陳狄博士，北京理工大學(xué)的孟令海同學(xué)、吳顯剛同學(xué)參與了該項(xiàng)研究，該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。

文章信息

In Situ Patterning Perovskite Quantum Dots by Direct Laser Writing Fabrication, Wenjie Zhan, Linghai Meng, Chendi Shao, Xian-gang Wu, Kebin Shi, and Haizheng Zhong, ACS Photonics.

論文的第一作者是北京理工大學(xué)的碩士生詹雯杰同學(xué)，北京大學(xué)的紹陳荻博士，北京理工大學(xué)的孟令海同學(xué)、吳顯剛同學(xué)參與了該項(xiàng)研究，該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。