这篇论文的研究内容由法国特鲁瓦大学的Safi Jradi教授及其团队完成，发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上。本文介绍了一种新策略，旨在实现量子点（QDs）在光聚合基质中的均匀分散，并利用双光子聚合（TPP）技术以纳米级精度集成单光子源。
近年来，微制造技术的进步使得开发具有前所未有的精度和功能的先进设备成为可能。双光子聚合（TPP）作为一种强大的工具，能够创建复杂的三维聚合物纳米和微结构，其分辨率可低于衍射极限。量子点因其独特的光学特性和在光电子学、生物医学成像、传感和纳米发射器等领域的广泛应用而备受关注。然而，将量子点有效地集成到聚合物基质中，尤其是在光聚合过程中，仍然面临许多挑战。
研究团队提出了一种基于相转移的量子点表面改性方法。通过引入单-2-(甲基丙烯酰氧基)乙基琥珀酸酯（MES），替代量子点表面的油酸（OA），实现了量子点从有机相向丙烯酸基质的转移。该过程通过红外光谱（IR）测量确认了OA被MES替代的过程，表明量子点能够从己烷相转移到聚合物相中。研究中使用的光聚合物是商业化的三聚氰胺丙烯酸酯（PETA），该材料广泛应用于光聚合制造。研究人员将PETA与MES以1:9的比例混合，形成适合TPP的交联聚合物混合物。通过这种方法，研究团队成功地将量子点均匀分散在光聚合物中，避免了聚合物中量子点的聚集现象。
在研究过程中，团队面临了几个主要挑战。首先，量子点在聚合物基质中的聚集会影响其光学性能，导致发光不均匀。研究团队通过表面改性和相转移的方法有效解决了这一问题。其次，量子点与聚合物之间的化学相容性问题可能导致聚合物交联受阻。研究人员通过优化配方，确保了量子点在聚合物中的均匀分散。此外，在光聚合过程中，如何控制量子点的分布和浓度，以实现单光子源的集成，是一个重要的技术难点。研究团队通过调节量子点的浓度和聚合物的体积，成功实现了单光子源的可控集成。
研究中使用的Nanoscribe设备Photonic Professional GT为实现高精度的双光子聚合提供了强有力的支持。该设备利用780 nm的飞秒激光，通过高数值孔径的显微镜物镜将激光聚焦到光聚合物中，触发单体的聚合反应。通过这种方式，研究团队能够在纳米尺度上精确地制造出复杂的三维微结构，并成功地将量子点集成到这些结构中。研究结果表明，所制备的三维微结构具有良好的光致发光（PL）特性，且没有聚集现象，显示出均匀的发光特性。
这项研究为量子点在光聚合物中的应用开辟了新的方向，具有广泛的应用前景。未来的研究可以集中在以下几个方面：首先，探索其他类型的聚合物和量子点组合，以提高光学性能和稳定性；其次，将这种新型光聚合物应用于光电子器件的制造，特别是在单光子源和量子通信领域；第三，开发适合工业化生产的制备工艺，以实现大规模应用；最后，研究量子点与其他纳米材料的复合，以实现多功能集成，拓展其在传感、成像等领域的应用。
总之，Safi Jradi教授及其团队的研究为量子点在光聚合物中的均匀分散和单光子源的集成提供了新的思路和方法。这项研究不仅解决了量子点聚集和化学相容性的问题，还展示了通过TPP技术制造高性能光聚合物的潜力。随着研究的深入和技术的进步，量子点在光电子学和其他领域的应用前景将更加广阔。
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https://doi.org/10.1021/acsami.2c22533