这篇论文的研究内容由美国西北大学的Sridhar Krishnaswamy教授及其团队完成，发表在Advanced Functional Materials期刊上。研究的主要目标是解决油酸包覆的纳米颗粒（oc-NPs）在非极性介质中聚集的问题，从而实现其在3D打印聚合物中的均匀分散，以便于制造高质量的光电设备。
随着纳米技术的发展，功能性纳米颗粒（NPs）在光电设备中的应用越来越广泛，尤其是在固态显示器、传感器和激光器等领域。油酸（OA）作为一种常用的配体，能够有效防止纳米颗粒的降解，但其长链结构在非极性介质中导致了纳米颗粒的聚集，影响了其在聚合物基体中的分散性和光学性能。因此，如何提高油酸包覆纳米颗粒在3D可打印聚合物中的分散性，成为了该研究的核心问题。
研究团队提出了一种新的方法，通过在油酸包覆纳米颗粒的表面功能化短链聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）链，以改善其在3D可打印聚合物中的分散性。具体步骤包括合成稀土掺杂纳米颗粒（RENPs）和CdSe/ZnS量子点（QDs），并对其进行表面功能化处理。研究表明，经过功能化的纳米颗粒（f-NPs）在聚合物基体中的分散性显著提高，且在打印过程中保持了良好的透明度和均匀的分布。
在研究过程中，团队使用了Nanoscribe的两光子聚合（2PP）打印技术，这是一种广泛应用于制造微纳米结构的技术。通过将功能化的纳米颗粒与商业聚合物树脂（如IP-Dip和IP-Visio）结合，研究团队成功地实现了高密度的纳米颗粒分散，并在打印过程中保持了优良的打印质量。使用Nanoscribe设备Photonic Professional (GT)进行的打印实验显示，功能化纳米颗粒的引入并未影响打印结构的质量，反而提高了打印的分辨率和精度。
尽管研究取得了显著进展，但在研究过程中仍然面临一些挑战和痛点。首先，聚合物化学反应的控制是一个关键问题。在功能化过程中，聚合反应的速率较快，限制了对链长的精确控制。研究团队意识到，使用化学抑制剂可能有助于更好地调节反应速率，从而实现更长的聚合物链。此外，在提取和功能化过程中，部分纳米颗粒可能会形成聚集体，影响最终的分散效果。为此，研究团队建议在功能化前进行适当的过滤，以去除较大的聚集体。
在打印后处理方面，去除多余的纳米颗粒时，超声波处理可能会对打印结构造成损伤。研究团队提出轻轻搅拌溶剂以去除表面聚集体的方案，以减少对打印结构的影响。尽管存在这些挑战，研究团队的工作为3D打印技术在光电设备制造中的应用开辟了新的方向。通过有效的表面功能化方法，研究团队成功提高了油酸包覆纳米颗粒在聚合物中的分散性和稳定性，为未来的光电设备制造奠定了基础。
该研究不仅具有重要的学术价值，也为相关领域的实际应用提供了新的思路和方法。功能化纳米颗粒的成功应用不仅限于光电设备，还可以扩展到传感器、激光器等其他领域，推动纳米技术在各个行业的应用。未来的研究可以集中在优化功能化过程、探索其他类型的纳米颗粒以及开发新型聚合物基体，以实现更高性能的纳米复合材料。
随着3D打印技术的不断发展，功能化纳米颗粒的应用有望在商业化生产中发挥重要作用，推动新型光电设备的快速发展。团队的研究为解决油酸包覆纳米颗粒在3D打印聚合物中的分散性问题提供了有效的解决方案。通过功能化短链聚甲基丙烯酸甲酯，研究团队成功提高了纳米颗粒的分散性和稳定性，为未来的光电设备制造奠定了基础。这项研究标志着在3D打印技术中实现高质量纳米复合材料的重要一步，预示着在光电和光学应用领域的广阔前景。
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https://doi.org/10.1002/adfm.202412064
