微納制造技術(shù)的快速發(fā)展為納米光子器件、光學(xué)電路、光電探測(cè)器等提供了多樣的設(shè)計(jì)和應(yīng)用空間。高度集成化器件需要在復(fù)雜表面上構(gòu)筑精細(xì)微納結(jié)構(gòu)。作為光學(xué)接口的3D波導(dǎo)納米結(jié)構(gòu)是納米光子應(yīng)用的基本互連單元，光子元器件被集成在芯片的有限區(qū)域乃至復(fù)雜曲面上。因此，在曲面上實(shí)現(xiàn)具有精確形貌和組分微納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與制造，對(duì)于新型結(jié)構(gòu)光電器件的發(fā)展具有重要意義。

近日，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所宋延林課題組，與蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)合作，通過(guò)完全非光刻的微米模板在復(fù)雜曲面印刷制備出單納米顆粒精度的微納米結(jié)構(gòu)，結(jié)合格子Boltzmann模型理論，分析曲面液體內(nèi)Laplace壓差引導(dǎo)納米顆粒的組裝行為，并驗(yàn)證曲面光子器件的光波導(dǎo)及光致發(fā)光特性。該研究提出一種完全非光刻的納米印刷曲面微納結(jié)構(gòu)策略，闡明納米粒子在彎曲液體介質(zhì)中組裝的調(diào)控機(jī)制以及曲面光子器件的工作原理，建立了一種簡(jiǎn)便制備微米精度柔性印刷模板的通用方法。基于納米粒子組裝的光子結(jié)構(gòu)展示了曲率依賴(lài)的多波長(zhǎng)傳輸和發(fā)射特性，在光子通信和彩色全息圖中具有廣泛的應(yīng)用前景。這種完全非光刻的曲面印刷策略，還可以通過(guò)多次套印的方式實(shí)現(xiàn)多種材料納米結(jié)構(gòu)的有效構(gòu)筑，將其功能從平整表面擴(kuò)展到復(fù)雜曲面，為復(fù)雜空間環(huán)境中的光子操縱和信息傳播奠定基礎(chǔ)。

相關(guān)研究成果發(fā)表在A(yíng)ngewandte Chemie International Edition上。化學(xué)所研究員宋延林、副研究員蘇萌為論文通訊作者，蘇萌和蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)博士秦飛飛為論文第一作者。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科技部、北京市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)和中科院的支持。

曲面印刷微納結(jié)構(gòu)光子器件