粵港澳智能微納光電技術(shù)聯(lián)合實驗室光電材料與器件科研團隊在氧化鋅薄膜壓力傳感器和Micro-LED陶瓷光固化3D打印方面取得新成果

發(fā)表時間：2024-01-04

光電材料與器件科研團隊是我校粵港澳智能微納光電技術(shù)聯(lián)合實驗室的主要研究方向之一，學(xué)術(shù)帶頭人是范冰豐特聘教授。近日，該團隊在新型氧化物半導(dǎo)體材料和器件、光固化陶瓷3D打印和Micro-LED光電器件等方面研究成果顯著。

2023年11月，該團隊特聘青年研究員李永寬等在《Materials & Design》期刊（中科院一區(qū)Top期刊，IF 9.417，2022分區(qū)）發(fā)表題為“Thermally Stable Piezoelectric Sensors for Quantitative Pressure Sensing Based on Linear Piezoelectric Zinc Oxide Thin Films”的學(xué)術(shù)論文，我校粵港澳智能微納光電技術(shù)聯(lián)合實驗室為第一署名單位，李永寬博士為第一作者和通訊作者，光源與照明系本科生林鴻森為共同第一作者，范冰豐特聘教授為共同通訊作者。

該論文報道了基于高質(zhì)量未摻雜氧化鋅薄膜的獨特壓力傳感器，可將輸入壓力線性轉(zhuǎn)化為電壓信號，且可在高于450攝氏度下穩(wěn)定工作，突破了市面主流PZT鐵電陶瓷的遲滯性信號轉(zhuǎn)化以及高溫失效瓶頸，為下一代多功能微機電芯片開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。李永寬博士于2021年加入我校，致力于微納氧化鋅半導(dǎo)體在微機電系統(tǒng)中的開發(fā)應(yīng)用，先后獲得了國家自然科學(xué)基金青年項目“超薄氧化鋅膜線性壓電響應(yīng)調(diào)控機理研究與壓電性能優(yōu)化”、廣東省粵佛聯(lián)合基金-地區(qū)培育項目等項目資助，并在學(xué)校和粵港澳聯(lián)合實驗室共同支持下建設(shè)了先進(jìn)半導(dǎo)體薄膜材料制備實驗室。該成果是繼2020年該團隊在氧化物半導(dǎo)體材料方面獲廣東省科技進(jìn)步獎二等獎（高性能氧化鋅透明電極制備關(guān)鍵技術(shù)及LED芯片應(yīng)用，粵府證（2021）340號）等成果的基礎(chǔ)上拓展的新方向，所報道氧化鋅線性壓電特性為下一代微機電器件設(shè)計制造提供了新思路，有望解決超高分辨率增材制造等領(lǐng)域亟需的亞納米級微納加工與控制難題，為粵港澳大灣區(qū)智能微納光電技術(shù)進(jìn)步貢獻(xiàn)力量。

圖1. 耐高溫線性壓電響應(yīng)氧化鋅壓力傳感器（DOI: 10.1016/j.matdes.2023.112466）

2023年12月，該團隊特聘青年研究員董泰閣等在《Ceramics International》期刊（中科院一區(qū)Top期刊，IF 5.2，2022分區(qū)）發(fā)表題為“The influences of light scattering on digital light processing high-resolution ceramic additive manufacturing”的學(xué)術(shù)論文，我校粵港澳智能微納光電技術(shù)聯(lián)合實驗室為第一署名單位，光學(xué)工程專業(yè)碩士研究生董瑩為第一作者，董泰閣博士為共同第一作者和通訊作者，范冰豐特聘教授為共同通訊作者。

該論文是陶瓷增材制造領(lǐng)域數(shù)字光處理打印技術(shù)的最新理論研究成果。在使用數(shù)字光處理技術(shù)打印過程中，打印漿料中的陶瓷顆粒對入射光的散射作用將極大地影響打印質(zhì)量。該篇論文探究了入射光與陶瓷顆粒的相互作用機理，發(fā)現(xiàn)通過降低系統(tǒng)無序度的方法可以在維持固化深度不變的情況下降低橫向固化寬度，進(jìn)而有效提高打印質(zhì)量，為實現(xiàn)高精度陶瓷打印提供了理論依據(jù)。

圖2. 增材制造數(shù)字光處理技術(shù)流程示意圖。(DOI:10.1016/j.ceramint.2023.12.274)

在成果應(yīng)用方面，該團隊創(chuàng)新發(fā)展光固化3D打印陶瓷制備技術(shù)，提出了有效降低光散射提高打印精度的綠光LED長波長3D打印制備技術(shù)，以及基于Micro-LED新型顯示芯片的主動發(fā)光型3D打印技術(shù)，該技術(shù)可取代傳統(tǒng)光固化3D打印中美國TI的DMD被動發(fā)光芯片技術(shù)。該團隊提出以上技術(shù)成果在2022年8月16日“第十二屆先進(jìn)陶瓷國際會議（CICC-12）”、2023年5月27日“第二屆陶瓷增材制造前沿科學(xué)家論壇”、2023年9月14日“第三屆紫外LED國際會議暨長治LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)大會”、2023年10月19日“陶瓷點陣結(jié)構(gòu)聯(lián)合研究中心成立大會暨第一屆技術(shù)研討會”等國際國內(nèi)學(xué)術(shù)會議多次受邀報告，并已應(yīng)用于東鵬陶瓷和中航三院等單位，服務(wù)民用和軍需。

2023年8月，該團隊主持制定了《3D打印紫外光投影機光學(xué)性能測試方法》團體標(biāo)準(zhǔn)（T/GAWA 29-2023）；2023年12月，該團隊主持制定了《應(yīng)用于微納3D打印的Micro-LED投影光機光學(xué)性能測試規(guī)范》團體標(biāo)準(zhǔn)（**）。兩項成果均以我校為第一單位，光學(xué)工程專業(yè)碩士研究生楊佳晨為第一制定人，范冰豐特聘教授為第二制定人，并聯(lián)合中山大學(xué)、中國航天科工飛航技術(shù)研究院創(chuàng)新研究院、北京化工大學(xué)、廣東省標(biāo)準(zhǔn)化研究院、深圳市晟峰光電科技有限公司等12家單位共同制定，由廣東省增材制造協(xié)會發(fā)布。其中，第一項標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了3D打印技術(shù)中紫外光投影機空間光場的光學(xué)性能諸如光功率密度、光功率密度均勻性、正焦位置、有效投影幅面、光學(xué)畸變等參數(shù)的測量方法，解決了3D打印產(chǎn)業(yè)紫外光機缺少評價標(biāo)準(zhǔn)的問題。第二項標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了Micro-LED投影光機的組成結(jié)構(gòu)，并給出Micro-LED投影光機的光學(xué)性能測試方法。

圖3. 該團隊主持制定的團體標(biāo)準(zhǔn)。

上述研究得到了國家自然科學(xué)基金青年基金 (grant 2023YFD2100024、62204040)、粵港澳智能光電技術(shù)聯(lián)合實驗室（2020B1212030010）、廣東省粵佛聯(lián)合基金-重點項目（2022B1515120081）、廣東省粵佛聯(lián)合基金-地區(qū)培育項目（2022A1515140042）、廣東重大人才工程項目-特支計劃科技創(chuàng)新青年人才項目（2019TQ05Z829）、廣東省紫外LED集成光源工程技術(shù)研究中心、廣東省教育廳重點領(lǐng)域?qū)ｍ棧?020ZDZX2043 和2021ZDZX1007）等項目的資助。

（物理與光電工程學(xué)院）