近日，南方科技大學機械與能源工程系副教授胡程志課題組在半導體納米顆粒的光學圖案化領域取得新進展，相關成果以“Light patterning semiconductor nanoparticles by modulating surface charges”為題發(fā)表在國際期刊 Nature Communications 上。

圖片:061733470392609502.jpg

光學圖案化技術因其在柔性電子、光電器件、微納機器人等領域的重要應用價值，近年來備受關注。然而，現(xiàn)有光學圖案化技術通常依賴高強度光源和復雜光學系統(tǒng)，難以適配大規(guī)模生產(chǎn)需求，同時對能量消耗及設備成本要求較高。因此，開發(fā)簡單、高效且經(jīng)濟可行的圖案化方法成為該領域的研究重點。

圖片:061733470499183964.jpg

圖1. ZnO@Cit納米顆粒的正向圖案化機理

圖片:061733470456131564.jpg

圖2. ZnO@Cit納米顆粒的正向圖案化結果

胡程志課題組提出了基于光觸發(fā)表面電荷調控的半導體納米顆粒圖案化新方法。研究團隊利用紫外光激發(fā) ZnO 納米顆粒表面配體的光降解反應，顯著改變顆粒表面電荷，從而通過靜電作用將顆粒精確排列于帶電基底上，實現(xiàn)了正、負圖案的快速、低成本制造。

圖片:061733470466777636.jpg

圖3. ZnO@Cit/PDDA納米顆粒的負向圖案化

該方法的優(yōu)勢是：（1）相比傳統(tǒng)激光技術，該方法僅需6 mW/cm²的光強，即可在10秒內生成厘米級圖案，能量消耗顯著降低；（2）無需光刻膠，適配透明玻璃、柔性PVC等多種基底；（3）除 ZnO 外，該方法亦適用于其他半導體材料（如ZnS、CdS、TiO2），展示了光學圖案化在多材料體系中的潛力。

圖片:061733470473288975.jpg

圖4. 由圖案化 ZnO@Cit 納米顆粒制成的紫外光探測器

研究團隊進一步利用該圖案化技術制備了基于 ZnO 納米顆粒的紫外光探測器，該器件表現(xiàn)出優(yōu)異的光電性能，光/暗電流比高達10⁴。該技術為光電子器件的規(guī)�；�制造提供了新的技術途徑，展現(xiàn)了其在智能設備、傳感器等領域的巨大潛力。

南科大機械與能源工程系博士研究生何小麗為論文第一作者，康斯坦茨大學顧紅日博士（現(xiàn)為香港科技大學助理教授）為第二作者，南科大機械與能源工程系副教授郭亮提供了理論指導，胡程志和蘇州大學教授楊湛為論文共同通訊作者，南方科技大學為論文第一單位。此項研究得到了國家重點研發(fā)計劃、廣東省基礎與應用基礎研究基金、深圳市科技創(chuàng)新委員會、深圳自然科學基金穩(wěn)定支持計劃以及深圳市科技計劃的資助。南方科技大學分析檢測中心以及工程師馬續(xù)航為論文提供了技術支持和協(xié)助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-53926-7