室温3D打印技术推动微型红外传感器开发
传感器观察
室温3D打印技术推动微型红外传感器开发
一种基于配体交换（Ligand Exchange, L-E）的纳米晶体（NCs）3D打印方法，为红外传感器的微型化制造提供了新路径。该技术成果已发表于《自然通讯》（2025），DOI号为10.1038/s41467-025-64596-4。
红外传感器作为智能设备感知环境的核心部件，广泛应用于自动驾驶车辆的激光雷达（LiDAR）系统、智能手机的人脸识别功能以及可穿戴医疗设备中。这类器件通过将红外光信号转化为电信号，为各种设备提供“视觉”支持。
由韩国高等科学技术研究院（KAIST）机械工程系金智泰（Ji Tae Kim）教授领导的科研小组，携手韩国大学吴成柱（Soong Ju Oh）教授和香港大学赵天烁（Tianshuo Zhao）教授，联合开发出一种可在常温环境下制造亚微米级红外传感器的3D打印工艺。该技术能灵活定制小于10微米的传感器结构。
研究团队的相关成果以《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》为题，发表在《自然通讯》期刊上。这项进展标志着光电子器件制造迈入一个更加精细、灵活的新阶段。
随着机器人视觉、柔性电子和可穿戴技术的持续发展，对红外传感器的微型化、柔性化和低能耗设计提出了更高要求。
传统的半导体制造流程通常依赖高温工艺，虽然适用于大批量生产，但在材料兼容性和能耗方面存在显著局限。这类方法不仅限制了材料体系的选择，还增加了制造成本。
为应对上述挑战，研究团队开发出一种高精度的3D打印工艺，采用含有金属、半导体和绝缘材料的液态纳米晶体墨水，在单一制造平台上完成多层结构的逐层沉积。该方法无需高温处理，即可构建出红外传感器件的基本单元。
通过引入“配体交换”工艺，研究人员能够在常温下改善纳米颗粒之间的电荷传输性能。这一过程将原本包覆在纳米颗粒表面的绝缘性配体替换为具有导电性的分子，从而显著提升器件的电性能。
最终成果表明，该技术能够实现小于人类头发丝十分之一宽度（小于10微米）的红外传感器制造，为微型光电器件的发展提供了坚实基础。
金智泰教授指出，这种3D打印技术不仅推动了红外传感器在尺寸和形态上的革新，也为未来柔性、可穿戴和微型电子设备的开发提供了可能。同时，该技术减少了对高温处理的依赖，有助于节能减排，推动行业实现绿色制造。
更多信息可参考Zhixuan Zhao等人发表于《自然通讯》的论文《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》（2025），DOI: 10.1038/s41467-025-64596-4。
《自然通讯》（Nature Communications）是国际知名的综合科学期刊，长期致力于报道前沿科技研究成果。
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