本文內容由課題組提供
量子點作為一種新型半導體納米材料，具有發光效率高、窄半峰寬、波長可調等特點，在照明顯示、探測成像、生物標記、激光等領域具有應用前景。量子點可與LCD、OLED、Micro-LED等顯示技術結合，顯著提高顯示器件的色彩品質，簡化產品的制造工藝，成為顯示領域重要的前沿技術之一（Light Sci Appl 2020，9, 105 | ）。
鈣鈦礦量子點是近年來發展起來的新型量子點材料，具有容易制備、光學特性優異等特點，在顯示領域具有應用潛力。北京理工大學鐘海政課題組是國際上最早開展鈣鈦礦量子點的實驗室之一，2015年首次報道了鈣鈦礦量子點的室溫再沉淀制備技術及其液晶顯示背光LED應用(ACS Nano 2015, 9, 4533 | )，所發明的鈣鈦礦量子點原位制備技術進入了產品推廣階段。
圖案化是推動鈣鈦礦量子點在OLED和Micro-LED等顯示技術應用的核心工藝（Small Methods 2018, 2, 1800110 | ）。激光直寫技術()是一種通過激光實現物質改性的圖案化技術，具有高精度，高靈活性，熱效應小等優勢，甚至可以制備特殊的三維結構，目前已被廣泛應用在材料圖案化、集成化、功能化當中。如何利用激光直寫技術制備鈣鈦礦量子點圖案化一直是領域追求的重點研究方向，吸引了很多研究者的關注。由于鈣鈦礦材料的光穩定性差，在激光直寫圖案化過程中，保持鈣鈦礦量子點優異的光學特性是這一研究的重要挑戰。
近日，北京理工大學鐘海政課題組和北京大學施可彬課題組合作，報道了鈣鈦礦量子點激光直寫原位制備圖案化技術，實現了高分辨率、高發光效率鈣鈦礦量子點圖案，像素尺寸小于900 nm，熒光效率達到92%。
目前該文章以“In Situ Patterning Perovskite Quantum Dots by Direct Laser Writing Fabrication”為題發表于ACS Photonics。
該研究主要基于聚合物與鈣鈦礦量子點導熱率的差異，利用405 nm納秒激光作為光源，通過對包含鈣鈦礦前驅體的聚合物薄膜進行激光直寫，實現了γ-CsPbI3鈣鈦礦量子點的圖案化制備。
如圖1所示，其工作流程十分簡單主要分為兩步：
第一步：前驅體薄膜的原位制備；
第二步：激光直寫制備圖案化。通過激光退火代替熱退火，在形成量子點的同時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可保持優異的發光特性，量子產率高達92%。
圖1 激光直寫制備鈣鈦礦圖案化薄膜的流程圖
通過改變激光寫入的參數，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構，且表現出顯著的偏振調制特性。
圖2 激光直寫制備鈣鈦礦發光光柵及其偏振特性
此外，為了證明該技術的普適性，研究人員展示了更加復雜圖案的制備。圖3顯示了使用OLYMPUS MX51光學顯微鏡在白光（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的光學圖像。
圖3 熒光顯微鏡下圖案化的鈣鈦礦量子點的復雜結構 (標尺：10 μm)
激光加工圖案的寫入軌跡由可編程系統控制。可以看到，復雜圖案在光學顯微鏡的亮場下線條連續且均勻。這種圖案在陽光下不明顯，但在UV-365 nm的光下會顯示出明亮的紅色熒光，表明了其在防偽和光學加密中的潛在應用。同時他們的研究表明，除了使用405 nm納秒激光光源外，他們的研究表明連續光半導體也作為激光直寫的光源來進行鈣鈦礦量子點的圖案化。這種可實現高分辨率圖案的簡單激光直寫技術，為未來鈣鈦礦量子點在Micro LED色轉換、防偽加密、信息存儲等領域的應用提供了機遇。
論文的第一作者是北京理工大學的碩士生詹雯杰同學，北京大學的邵陳狄博士，北京理工大學的孟令海同學、吳顯剛同學參與了該項研究，該研究工作得到了國家自然科學基金的支持。
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的碩士生詹雯杰同學，北京大學的紹陳荻博士，北京理工大學的孟令海同學、吳顯剛同學參與了該項研究，該研究工作得到了國家自然科學基金的支持。
論文地址
https://doi.org/10.1021/acsphotonics.1c00118
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