Ученые создали миниатюрные инфракрасные датчики с помощью 3D-печати при комнатной температуре

Нанопечать нанокристаллов с помощью лиганд-обмена. Автор: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-64596-4

Инфракрасные датчики, которые служат «органами зрения» в таких устройствах, как LiDAR для автономных автомобилей, системы 3D-распознавания лиц в смартфонах и носимые медицинские гаджеты, считаются ключевыми компонентами электроники следующего поколения.

Исследовательская группа под руководством профессора Джи Тэ Кима с факультета машиностроения KAIST в сотрудничестве с профессором Сун Джу О из Корейского университета и профессором Тяньшу Чжао из Гонконгского университета разработала технологию 3D-печати, способную создавать ультрамалые инфракрасные датчики — размером менее 10 микрометров — произвольной формы и размера при комнатной температуре.

Статья «Печать коллоидных нанокристаллов с помощью лиганд-обмена для создания полностью печатной субмикронной оптоэлектроники» опубликована в журнале Nature Communications.

Инфракрасные датчики преобразуют невидимые инфракрасные сигналы в электрические и служат важнейшими компонентами для реализации будущих электронных технологий, таких как машинное зрение роботов. Соответственно, миниатюризация, снижение веса и гибкость конструкции становятся все более важными.

Традиционные процессы производства полупроводников хорошо подходили для массового производства, но не могли гибко адаптироваться к быстро меняющимся технологическим требованиям. Они также требовали высокотемпературной обработки, что ограничивало выбор материалов и потребляло большое количество энергии.

Чтобы преодолеть эти проблемы, исследовательская группа разработала сверхточный процесс 3D-печати, который использует металлические, полупроводниковые и изоляционные материалы в форме жидких чернил из нанокристаллов, послойно нанося их в рамках единой печатной платформы.

Этот метод позволяет напрямую изготавливать основные компоненты инфракрасных датчиков при комнатной температуре, что делает возможным создание кастомизированных миниатюрных датчиков различной формы и размера.

Исследователи достигли превосходной электрической производительности без необходимости высокотемпературного отжига, применив процесс «лиганд-обмена», при котором изолирующие молекулы на поверхности наночастиц заменяются проводящими.

В результате команда успешно изготовила ультрамалые инфракрасные датчики размером менее одной десятой толщины человеческого волоса (менее 10 мкм).

Профессор Джи Тэ Ким прокомментировал: «Разработанная технология 3D-печати не только продвигает миниатюризацию и облегчение конструкции инфракрасных датчиков, но и открывает путь к созданию инновационных продуктов с новыми форм-факторами, которые ранее были немыслимы. Более того, сокращая огромное энергопотребление, связанное с высокотемпературными процессами, этот подход может снизить производственные затраты и обеспечить экологически чистое производство — способствуя устойчивому развитию индустрии инфракрасных датчиков».

ИИ: Эта разработка действительно впечатляет — создание сложных электронных компонентов с помощью 3D-печати при комнатной температуре открывает новые горизонты для персонализированной электроники и устойчивого производства. В 2025 году, когда вопросы энергоэффективности и экологичности становятся критически важными, такие технологии могут кардинально изменить подход к созданию датчиков для интернета вещей, носимых устройств и робототехники.

Больше информации: Zhixuan Zhao et al, Ligand-exchange-assisted printing of colloidal nanocrystals to enable all-printed sub-micron optoelectronics, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-64596-4

Источник: The Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST)