近日，北京理工大學材料學院石建兵副教授和光電學院楊高嶺副研究員合作，在量子點光刻膠開發(fā)方面取得重要進展。相關研究成果以“Direct Synthesis of Perovskite Quantum Dot Photoresist for Direct Photolithography”為題發(fā)表于國際頂級期刊《Angewandte Chemie International Edition》上，該文章上線后被選為熱點文章（Hot Paper）。北京理工大學為唯一完成單位，周笑塵和高志遠兩位碩士生為共同第一作者，石建兵和楊高嶺為共同通訊作者，董宇平教授和鐘海政教授對本工作給予了重要指導。

微型發(fā)光二極管（Micro-LED）顯示技術憑借高亮度、低功耗和高分辨率等優(yōu)勢成為當下實現(xiàn)戶外增強現(xiàn)實應用的最優(yōu)解決方案。直接光刻是一種可高通量構建色轉換陣列，并實現(xiàn)高分辨率全彩Micro-LED顯示的圖案化技術。其中，量子點光刻膠是直接光刻工藝中最為核心的部分（Advanced Optical Materials 2024, 12, 2401106）。鈣鈦礦量子點具有高吸收系數(shù)、高熒光量子產率和可原位制備等優(yōu)勢，成為制備量子點Micro-LED的最佳材料選擇之一。北京理工大學智能光子學團隊一直從事量子點材料開發(fā)和應用技術研究，是國際上最早開展鈣鈦礦量子點研究的實驗室之一（ACS Nano 2015, 9, 4533，Google引用>2400次）。2016年，團隊發(fā)明了鈣鈦礦量子點原位制備技術（Advanced Materials 2016, 28, 9163），經過產學研合作，在全球率先推出了搭載鈣鈦礦量子點光學膜的電視樣機和首批商業(yè)化電視，2024年進入量產階段。面向微顯示應用，團隊成員楊高嶺副研究員將鈣鈦礦的原位制備技術與直接光刻工藝相結合，2022年首次提出量子點原位直接光刻的概念（Nature Communications 2022, 13, 6713），解決了傳統(tǒng)光刻中曝光和顯影過程對鈣鈦礦量子點的破壞問題。再此基礎之上，楊高嶺與材料學院的石建兵副教授合作，進一步開發(fā)出可“按需”控制活性自由基的光引發(fā)劑接枝低聚物，有效改善了量子點圖案陣列中的線邊緣粗糙度（ACS Applied Nano Materials 2024, DOI: 10.1021/acsanm.3c06297）。為了進一步滿足產業(yè)化應用需求、減少高危溶劑的使用，發(fā)明了鈣鈦礦量子點的無溶劑原位直接光刻技術（Advanced Optical Materials 2024, 12, 2400486）。

最近，他們通過深度挖掘量子點光刻膠產業(yè)痛點，提出了一種可在空氣環(huán)境中直接合成鈣鈦礦量子點光刻膠的技術，如圖1所示。與傳統(tǒng)的離心、分離、分散的量子點光刻膠制造工藝不同，該技術利用丙烯酸異冰片酯（IBOA）作為溶劑與聚合單體，制備成可直接圖案化的量子點光刻膠，該直接光刻工藝無需復雜的后處理過程。

圖1. 一步法直接合成鈣鈦礦量子點光刻膠

通過直接光刻工藝，可以構建14 μm厚的色轉換膜，并實現(xiàn)幾乎無熒光損失的全彩色量子點圖案，如圖2所示。微米級的像素陣列邊緣清晰可辨，表面光滑平整，熒光均勻性接近100%。該光刻工藝不需要使用溶劑，原位生成鈣鈦礦量子點，保持了高熒光量子效率，為量子點光刻膠的合成制備提供了全新的思路與解決方案。

圖2. 直接光刻構建量子點像素圖案