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徐益升课题组在金属有机纳米团簇光刻材料设计与微纳制造应用方面取得系列重要进展。相关成果分别发表于Science China Chemistry和Advanced Functional Materials。
微纳光刻技术是集成电路制造、微纳器件加工以及先进制造领域的核心技术。随着器件尺寸不断向纳米尺度逼近，传统有机光刻胶在分辨率、灵敏度及结构稳定性方面面临严峻挑战。金属有机纳米团簇（Metal-Organic Nanoclusters, MOCs）兼具无机组分优异的辐射吸收能力和有机配体可设计性，被认为是下一代高性能光刻材料的重要候选体系。然而，纳米团簇中配体结构如何影响光刻敏感性及其光化学反应机制仍缺乏系统认识；同时，在双光子聚合（Two-Photon Polymerization, TPP）三维微纳打印领域，传统光引发剂会永久残留于聚合物网络中，影响微结构的力学性能，这也限制了其在高性能微器件中的应用。
针对上述关键问题，研究团队围绕“配体工程调控纳米团簇功能”开展系统研究，构建了从纳米光刻到三维微纳制造的材料设计新策略。
在光刻胶研究方面，团队设计并合成了一系列具有不同电子效应取代基的锆基金属有机纳米团簇光刻胶。通过引入甲基、氟和碘等取代基，系统研究了有机配体电子结构对光刻敏感性的影响规律。研究发现，具有电子给体特性的甲基取代配体能够显著提升纳米团簇光刻胶的曝光敏感性。其中，甲基修饰的Zr-mMeBA纳米团簇表现出最佳的光刻性能，在深紫外和电子束曝光条件下均获得了优异的图案化效果，实现了32 nm线宽图案制备。结合密度泛函理论计算，研究团队揭示了配体电子给体效应通过调控纳米团簇稳定性及电子结构，进而影响曝光反应活性的内在机制，为高性能金属有机光刻胶的理性设计提供了新的理论依据。
在双光子聚合微纳制造研究方面，团队进一步提出了“功能配体工程纳米团簇”设计理念。研究人员利用配体交换策略，将光敏配体与可聚合配体协同引入锆基纳米团簇表面，构建出兼具光引发和增强增韧双重功能的新型纳米团簇材料。研究发现，该纳米团簇不仅能够作为双光子聚合过程中的光引发剂，而且在聚合后能够作为纳米增强相牢固嵌入聚合物网络。实验结果表明，该体系具有22.45 GM的双光子吸收截面，可实现最小141 nm特征尺寸的高精度三维打印；同时，由于纳米团簇与聚合物基体之间形成稳定的共价连接界面，打印微结构的刚度提高75%，强度提升105%。该工作突破了传统光引发剂“反应后失效”的局限，实现了光引发功能与结构增强功能的统一，为高性能微机电器件、微光学器件及机械超材料制造提供了新的材料体系。
上述系列研究表明，通过精准调控金属有机纳米团簇的配体结构，可以实现对光化学响应、图案化性能以及微结构力学性能的协同优化。该研究不仅深化了对纳米团簇光刻材料构效关系的认识，也为下一代高灵敏度光刻胶、先进微纳制造材料及高性能三维打印体系的发展提供了新的设计思路。
论文第一作者分别为华东理工大学博士后吴越和博士生王涛，通讯作者为徐益升教授和甬江实验室邓必为研究员。研究工作在朱为宏院士的悉心指导下完成，研究成果得到了国家自然科学基金、上海市科技创新计划等项目资助。
原文链接：//doi.org/10.1002/adfm.76231, //doi.org/10.1007/s11426-025-3304-x
