武漢大學(xué)鄧鶴翔程佳瑞團(tuán)隊(duì)合作實(shí)現(xiàn)金屬納米晶芯片高速打印

來(lái)源：國(guó)家自然科學(xué)基金委員

近日,，化學(xué)領(lǐng)域國(guó)際權(quán)威期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》 （Journal of the American Chemical Society,，JACS）發(fā)表鄧鶴翔教授和程佳瑞教授合作研究成果,。論文題為“Nanoscale Laser Metallurgy and Patterning in Air Using MOFs” （《空氣環(huán)境下基于MOF的納米金屬激光冶煉及圖案化》），被選為當(dāng)期雜志封面,，博士后江浩慶為論文的第一作者,。

金屬納米晶粒是制備光電子器件的重要原料。但金屬納米晶�,；钚愿�,、極易被氧化，制備過(guò)程往往需要溶液,、真空或惰性氣氛保護(hù),，因此制造工藝復(fù)雜，難以大規(guī)模應(yīng)用,�,；瘜W(xué)與分子科學(xué)學(xué)院鄧鶴翔教授與工業(yè)科學(xué)研究院程佳瑞教授團(tuán)隊(duì)合作，采用金屬有機(jī)框架材料（Metal-organic Framework, MOF）作為原料,，利用激光成功制備了顆粒大小均一的金屬納米晶粒,。通過(guò)程序控制激光的開(kāi)閉和光斑的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)了圖案的制備，僅數(shù)十秒即可打印出由金屬納米晶粒構(gòu)成的晶圓級(jí)別大小的芯片,，整個(gè)過(guò)程完全在空氣中進(jìn)行,，所需激光功率不到5瓦,，非常適合規(guī)模化生產(chǎn),。

激光照射金屬有機(jī)框架材料（MOF）產(chǎn)生金屬納米晶粒及芯片打印

MOF由金屬與含碳有機(jī)配體構(gòu)筑,。目前大部分研究集中在MOF中有機(jī)成分上，而結(jié)構(gòu)中豐富的金屬離子尚未充分利用,。此項(xiàng)工作提出了激光納米金屬冶煉及圖案化方法（Nanoscale Laser Metallurgy and Patterning, 簡(jiǎn)稱nano-LaMP）：以MOF為原料實(shí)現(xiàn)了空氣環(huán)境下的金屬納米顆粒制備和同步圖案打印,。在反應(yīng)過(guò)程中，MOF晶體內(nèi)有序排列的金屬離子和有機(jī)配體分別作為金屬源和還原劑,。納秒脈沖激光器則負(fù)責(zé)將能量精準(zhǔn)地投送到指定位置,，為金屬還原提供能量。MOF晶體高效吸收激光后產(chǎn)生局域高溫,，金屬離子被迅速還原并從MOF豐富的孔道中噴射出來(lái),，在基底上沉積并迅速冷卻形成金屬納米晶粒。

nano-LaMP方法展現(xiàn)出較好的普適性,，能夠基于含有不同金屬離子的MOF晶體制備出鐵,、鈷、鎳,、銅,、鋅、鎘,、銦,、鉛和鉍九種金屬納米晶粒及其圖案。其中,，基于銅納米晶粒的表面增強(qiáng)拉曼效應(yīng)芯片在對(duì)多種生物分子的檢測(cè)中提供極低的檢測(cè)限（10-12 M）,。nano-LaMP結(jié)合了激光和MOF材料的優(yōu)點(diǎn)，為芯片制造提供了節(jié)能環(huán)保,、快速靈活的新方法,。

該工作獲得國(guó)家自然科學(xué)基金，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃武漢大學(xué)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的資助,，以及上海光源（SSRF）,，武漢大學(xué)大型儀器共享平臺(tái)和測(cè)試中心的支持。

論文鏈接：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.9b00355

來(lái)源：國(guó)家自然科學(xué)基金委員