3D打印迄今仍然局限於(yu) 特定塑料、被動導體(ti) ，和幾種生物材料。但普林斯頓大學的研究團隊已經成功3D打印出基於(yu) 量子點的LED（QD-LED），顯示出不同類型的材料可以3D打印，並完全集成到具有有源器件性能的組件中。

    McAlpine和他來自普林斯頓大學的同事已經將5中不同種類的材料混合在一起打印出第一個(ge) 全3D打印的LED燈了。

    “使用3D打印實現不同材質的無縫集成是一個(ge) 巨大的挑戰。”普林斯頓大學教授Michael McAlpine指出。

    在他們(men) 發表在《Nano Letters》上的報告中，研究者描述了五種不同材料的無縫交織，其中包括：1）光致發光半導體(ti) 的無機納米粒子；2）一種彈性體(ti) 基質；3）作為(wei) 電荷傳(chuan) 輸層的有機聚合物；4）固體(ti) 和液體(ti) 金屬引線；5）UV粘合透明基板層。

    該研究團隊的做法包括三個(ge) 關(guan) 鍵步驟。 首先，確定電極、半導體(ti) 和聚合物具有期望的功能和以可打印的形式呈現；接著，小心確保這些材料可溶解於(yu) 正交溶劑，以免在逐層打印過程中損害到下麵層的完整性；最後，這些材料的交織圖案是通過CAD設計的構建體(ti) 上直接分配來實現的。

    科技媒體(ti) ExtremeTech報道說，研究小組使用了一台自己開發的3D打印機，“現成的3D打印機都無法勝任這項工作。”研究團隊的Ryan Whitwam說。“我們(men) 花了半年多的時間和2萬(wan) 美元才製造出所需要的3D打印機。”

    每個(ge) 量子點LED的底部層都是由銀納米顆粒構成的，它們(men) 正好將LED與(yu) 電子電路連接起來。在其頂部是兩(liang) 個(ge) 聚合物層，推動電流朝上進入下一層。這裏就是真正的“量子點”所在之處——它們(men) 是納米級的半導體(ti) 晶體(ti) ，是包裹在硫化鋅外殼中的硒化鎘納米顆粒。每當一個(ge) 電子撞擊這些納米粒子，它們(men) 就會(hui) 發出橙色或綠色的光。光的顏色可以通過改變納米顆粒的尺寸來控製。頂層是一個(ge) 比較普通的镓銦磷材料，用來引導電子遠離發光二極管。

3D打印的嵌入式QLED的2×2×2的多維矩陣。

    作為(wei) 概念驗證，研究團隊3D打印了其中一種基於(yu) 量子點的LED（QD-LED，基於(yu) 硒化鎘納米粒子，硫化鋅外殼，頂層為(wei) 銦镓），該QD-LED表現出純和可調色彩的發光特性。

    通過進一步融入表麵拓撲結構的三維掃描，研究團隊還能將QD-LED打印到具有曲線形的表麵的設備上，如接觸透鏡。

CAD模型上顯示QD-LED元件保形集成到曲線基板上。

    研究團隊展示的第三個(ge) 例子是一個(ge) 封裝的LED 2×2×2立方體(ti) ，據了解，該立方體(ti) 中的每個(ge) 組件和電子設備都是3D打印的。這就證明這種難以使用標準的微加工技術完成的新型架構可以通過3D打印來構建。

    總體(ti) 而言，研究團隊表示，結果表明，3D打印的應用潛力比我們(men) 已經知道的要廣泛得多，並能集成許多不同類型的材料。

工作中的3D打印QD-LED的低分辨率圖像

    “我們(men) 預計，這一般策略可擴展到3D打印其他類型的有源器件，如MEMS器件、晶體(ti) 管、太陽能電池和光電二極管等。”McAlpine教授表示。“總體(ti) 來說，我們(men) 的結果展現了一些令人興(xing) 奮的應用，包括通過幾何剪裁含有LED和多傳(chuan) 感器的設備，為(wei) 研究神經回路的光遺傳(chuan) 學提供了新的工具。”

    同時3D打印有源電子元件與(yu) 生物構建體(ti) 可能導致新的仿生裝置的出現，比如通過光刺激神經細胞的假體(ti) 植入物。

    據研究團隊介紹，他們(men) 今後的工作將著重解決(jue) 一些關(guan) 鍵挑戰，其中包括：1）增加3D打印機的分辨率，使其能夠3D打印更小的設備；2）改進打印設備的性能和打印速度；3）集成其它類別的納米級功能，組成模塊和設備，包括半導體(ti) ，電漿子（plasmonic）和鐵電物質（ferroelectric）等。