室温3D打印技术助力微型红外传感器研发

传感学人 20251125

室温3D打印技术助力微型红外传感器研发

近日，一项由韩国高等科学技术研究院（KAIST）与韩国大学、香港大学合作的研究，成功开发出一种可在常温下制造亚微米级红外传感器的3D打印技术。该技术利用配体交换（Ligand Exchange, L-E）辅助纳米晶体（NCs）打印方法，在无需高温处理的条件下实现高精度制造。相关成果发表在《自然通讯》（Nature Communications）期刊。

红外传感器作为现代智能设备的重要组成部分，广泛应用于自动驾驶激光雷达（LiDAR）、智能手机3D人脸识别系统以及可穿戴健康监测设备等领域，常被誉为“电子设备的视觉核心”。随着技术发展，对传感器微型化、轻量化和柔性的需求日益增长。

传统的半导体制造工艺虽适用于大批量生产，但其对高温环境的依赖限制了材料的选择范围，并带来了较高的能耗。为应对这些挑战，金智泰（Ji Tae Kim）教授领导的团队研发出一种新型3D打印技术，能够在单一平台上逐层堆叠多种材料，包括金属、半导体和绝缘体。

这项技术使用液态纳米晶体墨水作为打印原料，并通过“配体交换”手段，在室温下实现纳米颗粒表面分子的置换，由绝缘分子转换为导电分子，从而大幅提升器件的电学性能。无需高温退火的特性，不仅提高了工艺效率，也有助于降低能耗。

利用该方法，研究人员成功制造出尺寸小于10微米的微型红外传感器，其大小不及一根人类头发直径的十分之一。这种传感器不仅具备高度定制化能力，还可根据实际需求调整外形和尺寸。

这一创新为未来红外光电子器件的开发提供了新方向。金智泰教授指出，该技术在推动传感器微型化的同时，也促进了环保型、低成本制造模式的实现，有望为红外传感技术的可持续发展提供强有力的支持。

研究亮点

采用L-E辅助纳米晶体打印方法，在常温下完成高精度制造。
通过逐层打印方式，实现多种材料的集成化制造。
利用配体交换技术，提升传感器的电学性能。
成功制造出亚微米级红外传感器，最小尺寸低于10微米。
无需高温退火，降低能耗，推动绿色制造。

该研究论文标题为《配体交换辅助胶体纳米晶体打印技术实现全打印亚微米光电子器件》（Ligand-Exchange-Assisted Colloidal Nanocrystal Printing for Fully Printed Submicron Optoelectronics），由赵志轩（Zhixuan Zhao）等人撰写，发表于《自然通讯》（DOI: 10.1038/s41467-025-64596-4）。

Nature Communications 是由Springer Nature出版的多学科开放获取期刊，致力于发表具有广泛科学影响的研究。

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