印刷制造三维复杂微纳结构及功能器件

随着信息技术的发展,传统集成电路的集成度和生产工艺都面临巨大挑战。近年来,三维微纳米结构的组装研究备受关注。其中,三维结构对立体电路及光电器件的制备至关重要。然而,传统的组装方法很难实现自支撑的三维悬空结构,且所适用的材料十分有限。因此,研究简便普适的三维微纳结构制备新方法对新型光电器件的发展具有重要意义。中国科学院化学研究所宋延林研究员课题组基于纳米印刷技术的研究,发展了三维自成型印刷制造复杂微纳结构的新方法,实现了微纳结构多材料界面精细调控及功能器件的印刷制备。

构筑功能材料的三维精细结构是先进微纳器件制造的基础。印刷技术是实现材料图案化的有效方式,但传统的印刷技术制造精度通常在数十微米,且难以实现复杂三维微纳结构的制备,极大地限制了其在立体电路、光电显示等微纳器件制造领域的应用。宋延林研究员课题组近年来致力于推动印刷技术的绿色化、功能化、器件化和立体化发展,并利用印刷技术实现功能纳米材料三维成型、多材料界面精细调控及光电器件制备。他们利用一系列具有特殊结构和排列的微模板,与承印基材及水相或油相水相或油相的功能纳米材料 “墨水”组成三维夹层结构。随着溶剂的挥发,不同功能纳米材料可以沿着液滴立体成型的方向共组装为可控的精细三维微纳结构。其中,银纳米颗粒组装的三维立体交叉电路显示了良好的导电性能;两种量子点共组装的三维微纳结构在间距小于3μm时仍显示差异明显的不同色光,可望发展出性能优异的光电器件。

这种三维自成型印刷制造的方法大大突破了传统印刷技术的精度、材料种类及维度的限制,将对新型纳米结构器件制造技术产生变革性影响。相关研究成果在近期出版的Advanced Materials作为封面论文发表 (DOI: 10.1002/adma.201703963)。

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