清华大学最新《Science》：用光3D打印纳米晶体！

按需制造定制 3D (3D) 对象的能力已经彻底改变了原型制作和小规模制造工艺。从业余爱好者可以用来替换塑料电池盖的低成本长丝挤出机，到用于金属航天器零件的激光烧结机，3D 打印技术在低端和高端市场的影响范围不断扩大。这一进展的一个关键部分是扩展了可 3D 打印的材料库。纳米晶体具有许多功能特性，但它们与 3D 打印的集成受到限制，主要依赖于使用聚合物材料作为支架。

日前，来自清华大学等单位的研究人员开发了一种独立于聚合的激光直写技术，称为光激发诱导化学键合。在没有任何添加剂的情况下，半导体量子点内部激发的空穴被转移到纳米晶体表面并提高其化学反应性，从而导致粒子间化学键合。以超出衍射极限的分辨率打印了任意 3D 量子点架构。该策略将使自由形式的量子点光电器件的制造成为可能，例如发光器件或光电探测器。相关成果以题为3D nanoprinting of semiconductor quantum dots by photoexcitation-induced chemical bonding发表在最新《Science》期刊。同期还以题为3D-printing nanocrystals with light配以评述。

论文链接：

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

三维 (3D) 激光纳米打印允许无掩模制造具有纳米级分辨率的各种纳米结构。然而，无机纳米结构的 3D 制造通常需要纳米材料-聚合物复合材料，并且受到光聚合机制的限制，导致材料纯度降低和固有性能退化。

纳米颗粒组装通常需要对配体进行定制选择，以便它们可以选择性地结合，就像互补的 DNA 链一样。或者，它们可以使用光聚合在指定位置连接在一起，以在所需位置连接配体。然而，这个过程增加了制造纳米粒子的复杂性，并且受到配体附着的保真度的限制。

本研究使用称为双光子光刻的方法演示纳米晶体的 3D 打印。红外飞秒激光的强光束会在很小的体积内同时吸收两个光子，从而在纳米晶体表面引发光化学反应。

图1. 纳米像素打印和表征

图2. 线性、弯曲和体积三维纳米结构

图3. 多色显示和异构印刷

本研究表明光可用于从硒化镉/硫化锌核壳量子点中解吸表面硫醇盐配体。由此产生的捕获孔通过剩余的表面配体驱动颗粒之间的键合。作者揭示了以超出衍射极限的分辨率和一系列纳米晶体的任意三维结构的照片打印。印刷可以基于量子点的尺寸和/或带隙进行光学选择。