量子點作為一種新型半導(dǎo)體納米材料，具有發(fā)光效率高、窄半峰寬、波長可調(diào)等特點，在照明顯示、探測成像、生物標記、激光等領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。量子點可與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

鈣鈦礦量子點是近年來發(fā)展起來的新型量子點材料，具有容易制備、光學(xué)特性優(yōu)異等特點，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(shù)及其液晶顯示背光LED應(yīng)用，所發(fā)明的鈣鈦礦量子點原位制備技術(shù)進入了產(chǎn)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(shù)應(yīng)用的核心工藝。激光直寫技術(shù)（名詞解釋）是一種通過激光實現(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，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、功能化當中。如何利用激光直寫技術(shù)制備鈣鈦礦量子點圖案化一直是領(lǐng)域追求的重點研究方向，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程中，保持鈣鈦礦量子點優(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，報道了鈣鈦礦量子點激光直寫原位制備圖案化技術(shù)，實現(xiàn)了高分辨率、高發(fā)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(fā)表于ACS Photonics。

該研究主要基于聚合物與鈣鈦礦量子點導(dǎo)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(qū)體的聚合物薄膜進行激光直寫，實現(xiàn)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(qū)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(yōu)異的發(fā)光特性，量子產(chǎn)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(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的光學(xué)圖像。

圖3 熒光顯微鏡下圖案化的鈣鈦礦量子點的復(fù)雜結(jié)構(gòu) （標尺：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)顯微鏡的亮場下線條連續(xù)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(xué)加密中的潛在應(yīng)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(xù)光半導(dǎo)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(xiàn)高分辨率圖案的簡單激光直寫技術(shù)，為未來鈣鈦礦量子點在Micro LED色轉(zhuǎn)換、防偽加密、信息存儲等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了機遇。

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)參與了該項研究，該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金的支持。

原文標題：激光直寫“刻畫”鈣鈦礦量子點微圖案

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