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基于激光的納米打印具有高達納米尺度的高分辨率，但它通常依賴于光聚合，并且僅限于光固化樹脂。聚合物以外的功能性納米材料的三維（3D）制造仍然具有挑戰性。

一種策略是使用3D聚合物骨架作為無機材料共形沉積的模版，產生有機無機納米復合物。然而，聚合物骨架的存在降低了材料的純度，并阻礙了其本身的機械或物理特性。雖然聚合物模板可以蝕刻，但只能獲得空心無機結構。

另一種策略是將光固化單體與無機納米材料（即光固化納米復合材料）混合，用于直接激光打印。固化聚合物可以通過后燒結去除，但這會導致結構收縮和缺陷產生。

解決這些問題的關鍵是開發超越光聚合的打印機制。Talapin等人設計了在光照下分解的光活性配體，用于直接光學光刻。然而，這種方法需要對特定納米晶體進行選擇的表面配體的復雜設計。

清華大學孫洪波教授和林琳涵副教授等人合作在Science上發表文章，3D nanoprinting of semiconductor quantum dots by photoexcitation-induced chemical bonding，成功開發了光激發誘導化學鍵3D納米打印技術，無需聚合物即可實現打印。

在本工作中，以半導體量子點（QD）為例，作者提出了一種策略，即使用光激發生成的電子-空穴對來修改QD的表面化學，以誘導粒子間化學鍵，作者稱之為光激發誘導化學鍵（PEB）。之所以使用半導體QD，是因為它們能夠在激發下產生電子-空穴對。這種高能載流子一旦被捕獲，可以改變局部的電子狀態，并調整粒子間鍵的化學反應性。

具體來說，光可用于從硒化鎘/硫化鋅核殼量子點中去除表面硫代配體。由此產生的捕獲空穴通過剩余的表面配體驅動顆粒之間的鍵合。作者以超出衍射極限和一系列納米晶體的分辨率揭示了任意三維架構的照片打印，并且可以根據量子點的大小和/或帶隙進行光學選擇打印。

在沒有任何添加劑或后處理的情況下，PEB技術使我們能夠在打印過程中保持QD的光子和光電特性。雖然這個概念在半導體QD中得到了證明，但一旦可以產生高能載體來改變納米顆粒的表面化學，它可能會擴展到非半導體納米材料。

圖文詳情

圖1. PEB的工作原理

圖2. 納米像素打印和QD表征

圖3. 線性、彎曲和體積三維納米結構

圖4. 多色顯示和異構印刷

文獻信息

Liu et al, 3D nanoprinting of semiconductor quantum dots by photoexcitation-induced chemical bonding. Science 377, 1112-1116 (2022).

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo5345

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