粵港澳智能微納光電技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室光電材料與器件科研團(tuán)隊(duì)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(shí)間：2024-01-04

光電材料與器件科研團(tuán)隊(duì)是我?；浉郯闹悄芪⒓{光電技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)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(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)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(shí)驗(yàn)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(bào)道了基于高質(zhì)量未摻雜氧化鋅薄膜的獨(dú)特壓力傳感器,，可將輸入壓力線(xiàn)性轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，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(hào)轉(zhuǎn)化以及高溫失效瓶頸,，為下一代多功能微機(jī)電芯片開(kāi)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(jī)電系統(tǒng)中的開(kāi)發(fā)應(yīng)用,，先后獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目“超薄氧化鋅膜線(xiàn)性壓電響應(yīng)調(diào)控機(jī)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(xiàng)目等項(xiàng)目資助,，并在學(xué)校和粵港澳聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室共同支持下建設(shè)了先進(jìn)半導(dǎo)體薄膜材料制備實(shí)驗(yàn)室,。該成果是繼2020年該團(tuán)隊(duì)在氧化物半導(dǎo)體材料方面獲廣東省科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)（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(hào)）等成果的基礎(chǔ)上拓展的新方向,，所報(bào)道氧化鋅線(xiàn)性壓電特性為下一代微機(jī)電器件設(shè)計(jì)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(jí)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(xiàn)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(tuán)隊(duì)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?；浉郯闹悄芪⒓{光電技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室為第一署名單位，光學(xué)工程專(zhuān)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(guò)程中,，打印漿料中的陶瓷顆粒對(duì)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(jī)理,，發(fā)現(xiàn)通過(guò)降低系統(tǒng)無(wú)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(shí)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(tuán)隊(duì)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(zhǎng)波長(zhǎng)3D打印制備技術(shù),，以及基于Micro-LED新型顯示芯片的主動(dòng)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(guó)TI的DMD被動(dòng)發(fā)光芯片技術(shù),。該團(tuán)隊(duì)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(guó)際會(huì)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(guó)際會(huì)議暨長(zhǎng)治LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展推進(jìn)大會(huì)”,、2023年10月19日“陶瓷點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)聯(lián)合研究中心成立大會(huì)暨第一屆技術(shù)研討會(huì)”等國(guó)際國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議多次受邀報(bào)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(tuán)隊(duì)主持制定了《3D打印紫外光投影機(jī)光學(xué)性能測(cè)試方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)（T/GAWA 29-2023）；2023年12月,，該團(tuán)隊(duì)主持制定了《應(yīng)用于微納3D打印的Micro-LED投影光機(jī)光學(xué)性能測(cè)試規(guī)范》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)（**）,。兩項(xiàng)成果均以我校為第一單位，光學(xué)工程專(zhuān)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(guó)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(huì)發(fā)布,。其中,，第一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了3D打印技術(shù)中紫外光投影機(jī)空間光場(chǎng)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(cè)量方法,，解決了3D打印產(chǎn)業(yè)紫外光機(jī)缺少評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的問(wèn)題,。第二項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了Micro-LED投影光機(jī)的組成結(jié)構(gòu)，并給出Micro-LED投影光機(jī)的光學(xué)性能測(cè)試方法,。

圖3. 該團(tuán)隊(duì)主持制定的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn),。

上述研究得到了國(guó)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(shí)驗(yàn)室（2020B1212030010）,、廣東省粵佛聯(lián)合基金-重點(diǎn)項(xiàng)目（2022B1515120081）、廣東省粵佛聯(lián)合基金-地區(qū)培育項(xiàng)目（2022A1515140042）,、廣東重大人才工程項(xiàng)目-特支計(jì)劃科技創(chuàng)新青年人才項(xiàng)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(diǎn)領(lǐng)域?qū)ｍ?xiàng)（2020ZDZX2043 和2021ZDZX1007）等項(xiàng)目的資助,。

（物理與光電工程學(xué)院）