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近日，北京理工大学材料学院石建兵副教授和光电学院杨高岭副研究员合作，在量子点光刻胶开发方面取得重要进展。相关研究成果以“Direct Synthesis of Perovskite Quantum Dot Photoresist for Direct Photolithography”为题发表于国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》上，该文章上线后被选为热点文章（Hot Paper）。北京理工大学为唯一完成单位，周笑尘和高志远两位硕士生为共同第一作者，石建兵和杨高岭为共同通讯作者，董宇平教授和钟海政教授对本工作给予了重要指导。
微型发光二极管（Micro-LED）显示技术凭借高亮度、低功耗和高分辨率等优势成为当下实现户外增强现实应用的最优解决方案。直接光刻是一种可高通量构建色转换阵列，并实现高分辨率全彩Micro-LED显示的图案化技术。其中，量子点光刻胶是直接光刻工艺中最为核心的部分（Advanced Optical Materials 2024, 12, 2401106）。钙钛矿量子点具有高吸收系数、高荧光量子产率和可原位制备等优势，成为制备量子点Micro-LED的最佳材料选择之一。北京理工大学智能光子学团队一直从事量子点材料开发和应用技术研究，是国际上最早开展钙钛矿量子点研究的实验室之一（ACS Nano 2015, 9, 4533，Google引用>2400次）。2016年，团队发明了钙钛矿量子点原位制备技术（Advanced Materials 2016, 28, 9163），经过产学研合作，在全球率先推出了搭载钙钛矿量子点光学膜的电视样机和首批商业化电视，2024年进入量产阶段。面向微显示应用，团队成员杨高岭副研究员将钙钛矿的原位制备技术与直接光刻工艺相结合，2022年首次提出量子点原位直接光刻的概念（Nature Communications 2022, 13, 6713），解决了传统光刻中曝光和显影过程对钙钛矿量子点的破坏问题。再此基础之上，杨高岭与材料学院的石建兵副教授合作，进一步开发出可“按需”控制活性自由基的光引发剂接枝低聚物，有效改善了量子点图案阵列中的线边缘粗糙度（ACS Applied Nano Materials 2024, DOI: 10.1021/acsanm.3c06297）。为了进一步满足产业化应用需求、减少高危溶剂的使用，发明了钙钛矿量子点的无溶剂原位直接光刻技术（Advanced Optical Materials 2024, 12, 2400486）。
最近，他们通过深度挖掘量子点光刻胶产业痛点，提出了一种可在空气环境中直接合成钙钛矿量子点光刻胶的技术，如图1所示。与传统的离心、分离、分散的量子点光刻胶制造工艺不同，该技术利用丙烯酸异冰片酯（IBOA）作为溶剂与聚合单体，制备成可直接图案化的量子点光刻胶，该直接光刻工艺无需复杂的后处理过程。
图1. 一步法直接合成钙钛矿量子点光刻胶
通过直接光刻工艺，可以构建14 μm厚的色转换膜，并实现几乎无荧光损失的全彩色量子点图案，如图2所示。微米级的像素阵列边缘清晰可辨，表面光滑平整，荧光均匀性接近100%。该光刻工艺不需要使用溶剂，原位生成钙钛矿量子点，保持了高荧光量子效率，为量子点光刻胶的合成制备提供了全新的思路与解决方案。
图2. 直接光刻构建量子点像素图案
该研究得到了国家自然科学基金、北京自然科学基金、致晶科技企业横向项目等项目的支持。低维量子结构与器件工信部重点实验室和先进材料实验中心为该研究提供了平台。
论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202413741
来源：北京理工大学
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