納米復合材料三維微納加工研究取得進展 可制備微型發光器件
2008-02-22 來源：中國聚合物網
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2008年2月21日，《自然》雜志最新一期Research Highlights欄目(Nature, Vol. 451, p868, Feb. 21, 2008)以“Lithography: Luminous Lizards”為題報道了中國科學院理化技術研究所利用多光子納米加工技術進行納米復合材料三維微納結構加工研究取得的進展。相關論文于2008年1月30日發表在《先進材料》雜志網絡版(Adv.Mater.doi:10.1002/adma.200702035)。
由于受到傳統光學理論衍射極限的限制，利用普通光刻技術難以進行納米尺度三維加工。基于非線性光學原理的多光子技術為突破衍射極限獲得納米尺度加工分辨率提供了新的途徑和方法。在中國科學院科學儀器創新研制項目的支持下，中科院“百人計劃”入選者段宣明研究員帶領有機納米光子學研究組全體人員，自主研制成功了“納米光子學超精細加工系統”。他們加強與國內外大學、研究機構合作，利用近紅外波長的飛秒激光直寫技術，通過對加工方法的深入研究，實現了納米尺度的加工分辨率(Appl.Phys. Lett.,2007，90，071106，131106；91，124103)，受到國內外科研人員廣泛關注。同時開展了加工材料的功能化及納米結構性能研究工作，在利用含有熒光染料的材料所加工的三維納米線結構中觀察到了激射現象(Appl.Phys.A，2007，89，145)。
半導體納米材料具有獨特的光、電、磁性能。由于在多光子三維微納結構加工中常用的光刻膠具有高粘度特性，難以將預先合成的納米材料均勻分散。段宣明研究員首先提出了利用含有納米材料前驅體的組分制備的光刻膠進行三維微納結構加工，再通過原位合成納米復合材料的方式實現納米復合材料的三維加工思路，先后制備出二氧化鈦納米復合材料(Thin Solid Films, 2004, 453, 518)及硫化鎘納米復合材料的三維光子晶體(Appl. Phys. A, 2007, 86, 427; 被雜志主編選為Invited Paper發表)，并觀察到納米復合材料生成可增強光子帶隙效應。
為此，研究團隊進一步通過調節光刻膠中的交聯劑量控制光固化后的高分子交聯網絡密度，實現了原位合成的硫化鎘納米粒子的尺寸控制，所獲得的納米復合材料的熒光發光波長在450納米至530納米之間范圍可調(Chem. Lett. 2007, 36, 156)。在上述工作基礎上，利用上述納米粒子尺寸可控原位合成技術與多光子三維微納結構加工技術，制備出了包括具有多種顏色熒光的細胞尺寸三維微米牛等多種三維微結構，并發現在尺寸較小部位具有較強的發光強度。《自然》雜志在Highlight中指出，上述動物造型在原理上證明，此方法可被用于制備微型發光器件。
研究團隊受邀為《科學通報》“飛秒激光物理、技術與應用專題” 撰寫上述相關研究述評，并被選為封面文章發表(科學通報 2008, 53, 2-13)。
中國科學院、國家自然科學基金委及日本科學技術振興機構(JST)給予研究團隊大力支持。
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（責任編輯：龍翔）
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