[发明专利]一种强度可控半导体纳米晶柔性光电器件的3D打印方法

说明书

本发明涉及一种强度可控半导体纳米晶柔性光电器件的3D打印方法，属于荧光聚集，荧光成像，光电探测领域。本发明的一种强度可控半导体纳米晶柔性光电器件的3D打印方法，通过将半导体纳米晶溶液与柔性基质充分混合进行3D打印技术成型，可以得到传统技术难以实现的柔性基质半导体纳米晶器件，并且可以得到传统技术难以实现的各向异性器件，可以定性定量地控制某一点或某一面的光电性能的强弱，大大提高了半导体纳米晶器件的性能，并且通过增材制造的方式可以大量节约原材料，使用少量的半导体纳米晶就可以保证器件性能，节约材料并且高效。

技术领域

本发明涉及一种强度可控半导体纳米晶柔性光电器件的3D打印方法，属于荧光聚集，荧光成像，光电探测领域。

背景技术

胶体半导体纳米晶是一种在溶液中合成的无机功能材料，因为尺寸、形貌产生的量子尺寸、限域效应等，具有独特的物理、化学特性和丰富的光学、电学性能。其表面覆盖有一层长链有机配体保护层，使其在有机溶剂中有很好的分散性，同时使得此类材料具备了大面积溶液加工的特性。这类纳米晶材料在生物成像、发光二极管、激光器和太阳能电池等方面得到了广泛的研究，表现出巨大的应用潜力。然而，在胶体半导体纳米晶的实际应用中，其宏观尺寸的器件工艺对于其光电性能有着重要的影响。目前，半导体光电器件多采用传统的制造方法，即通过现有的模具和夹具形成特定形状的器件，但是其加工难度较大，且形成的器件形状与尺寸难以实现有效调控。特别是对于复杂结构的柔性半导体光电器件的合成，传统工艺很难实现其可控制备。此外，传统工艺对于胶体纳米晶的光电性能也有很大影响。以胶体半导体量子点为例，传统工艺会使量子点紧密连接，甚至团聚，这直接导致量子点的量子产率和激子寿命大幅降低。因此，如何实现普适性的复杂结构的光电器件的制备，并最大限度的保证胶体纳米晶的光电性能，有十分重要的意义。

3D打印技术，即增材制造技术，是一种通过逐层增加堆积材料来形成三维实体的快速增材制造技术，与传统减材制造技术相比，具有损耗低、产品制造多样化、精准化和高效的特点，尤其是涉及到复杂形状和高端制造领域，3D打印技术显示出了不同于传统制造技术的巨大优越性。精细加工可以实现与光学尺寸相当的工艺调控，制备微纳米尺度的复杂结构，对于光电性能的研究和应用有重要意义。因此，如何将3D打印这种先进的微纳跨尺度制造技术与具有光电性能的半导体纳米晶材料结合，利用环境友好的聚乳酸、硅胶等柔性基质实现三维复杂结构制备的同时，最大限度的保持胶体纳米晶因为纳米效应产生的丰富光电性能，对于复杂光电器件，尤其是柔性基质器件的制备，具有重要的科学和应用价值。

将3D打印技术应用于半导体纳米晶材料宏观打印中，一方面可以使纳米晶高度分散于柔性基质中，提高纳米晶的利用效率；另一方面可以通过构造特定的结构，控制得到的器件在不同的方向上可以具有不同的性能。利用这种技术使用少量纳米晶就可以获得许多丰富的光电应用。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有半导体纳米晶柔性光电器件发光不可控，无法满足使用需求的问题，提供一种强度可控半导体纳米晶柔性光电器件的3D打印方法。该方法利用3D打印不同于传统加工手段难以实现的精细加工的特点，构造特定的结构取向，实现对器件性能的可控，以应对现有制备方法中半导体纳米晶器件加工难度较大，不易于工业化生产，且形成的器件形状与标准形状之间存在差异，等技术问题。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种强度可控半导体纳米晶柔性光电器件的3D打印方法，包括以下步骤：

(1)半导体纳米晶的制备：本方法中的半导体纳米晶包括液相反应制备的尺寸、形貌单分散的量子点、掺杂量子点，异质结构(金属/半导体核壳、异质二聚体结构)纳米晶等，采用热注射法或低温阳离子交换法制备而成，并且可以通过调控表面配体使其能够分散到不同溶剂中；

(2)3D打印浆料配制：将半导体纳米晶分散于氯仿，甲苯等有机溶剂，或者水等无机溶剂中得到半导体纳米晶溶胶，将此溶胶与具有一定流变性质的柔性基质均匀混合，得到3D打印浆料；