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近日，一項(xiàng)由韓國高等科學(xué)技術(shù)研究院（KAIST）與韓國大學(xué)、香港大學(xué)合作的研究，成功開發(fā)出一種可在常溫下制造亞微米級紅外傳感器的3D打印技術(shù)。該技術(shù)利用配體交換（Ligand Exchange, L-E）輔助納米晶體（NCs）打印方法，在無需高溫處理的條件下實(shí)現(xiàn)高精度制造。相關(guān)成果發(fā)表在《自然通訊》（Nature Communications）期刊。

紅外傳感器作為現(xiàn)代智能設(shè)備的重要組成部分，廣泛應(yīng)用于自動駕駛激光雷達(dá)（LiDAR）、智能手機(jī)3D人臉識別系統(tǒng)以及可穿戴健康監(jiān)測設(shè)備等領(lǐng)域，常被譽(yù)為“電子設(shè)備的視覺核心”。隨著技術(shù)發(fā)展，對傳感器微型化、輕量化和柔性的需求日益增長。

傳統(tǒng)的半導(dǎo)體制造工藝雖適用于大批量生產(chǎn)，但其對高溫環(huán)境的依賴限制了材料的選擇范圍，并帶來了較高的能耗。為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，金智泰（Ji Tae Kim）教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種新型3D打印技術(shù)，能夠在單一平臺上逐層堆疊多種材料，包括金屬、半導(dǎo)體和絕緣體。

這項(xiàng)技術(shù)使用液態(tài)納米晶體墨水作為打印原料，并通過“配體交換”手段，在室溫下實(shí)現(xiàn)納米顆粒表面分子的置換，由絕緣分子轉(zhuǎn)換為導(dǎo)電分子，從而大幅提升器件的電學(xué)性能。無需高溫退火的特性，不僅提高了工藝效率，也有助于降低能耗。

利用該方法，研究人員成功制造出尺寸小于10微米的微型紅外傳感器，其大小不及一根人類頭發(fā)直徑的十分之一。這種傳感器不僅具備高度定制化能力，還可根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整外形和尺寸。

這一創(chuàng)新為未來紅外光電子器件的開發(fā)提供了新方向。金智泰教授指出，該技術(shù)在推動傳感器微型化的同時，也促進(jìn)了環(huán)保型、低成本制造模式的實(shí)現(xiàn)，有望為紅外傳感技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)有力的支持。

研究亮點(diǎn)

采用L-E輔助納米晶體打印方法，在常溫下完成高精度制造。

通過逐層打印方式，實(shí)現(xiàn)多種材料的集成化制造。

利用配體交換技術(shù)，提升傳感器的電學(xué)性能。

成功制造出亞微米級紅外傳感器，最小尺寸低于10微米。

無需高溫退火，降低能耗，推動綠色制造。

該研究論文標(biāo)題為《配體交換輔助膠體納米晶體打印技術(shù)實(shí)現(xiàn)全打印亞微米光電子器件》（Ligand-Exchange-Assisted Colloidal Nanocrystal Printing for Fully Printed Submicron Optoelectronics），由趙志軒（Zhixuan Zhao）等人撰寫，發(fā)表于《自然通訊》（DOI: 10.1038/s41467-025-64596-4）。

Nature Communications 是由Springer Nature出版的多學(xué)科開放獲取期刊，致力于發(fā)表具有廣泛科學(xué)影響的研究。

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