亞波長尺度材料結構與光的共振作用，是操控光-物質相互作用的基礎。相較於空間對稱結構，非對稱結構與不同入射角度光的共振作用差異性更加明顯。這種共振作用的差異，決定了材料對光吸收的強弱，從而使其具有光角度識別的功能。將光電探測器的結構設計成能與光發生差異化共振的微納結構，可以實現光角度的探測，從而拓寬光電探測器的功能。
在國家自然科學基金委、科技部和中國科學院的大力支持下，化學所綠色印刷院重點實驗室的科研人員近年來在印刷多維度、多功能器件方面開展了系統的研究。最近，他們通過操控液滴三維成型，印刷製造了具有非對稱共振結構的立面型光探測器，實現了空間全向角度的有效探測，驗證了結構與功能一體化印刷製造新策略。
圖1. a) 立面型光探測器示意圖。b) 立面上光吸收強度隨入射光角度的變化。
c) “三叉”型三維光探測器。d) 角度探測數據分析。
光電聚合物(PBDB-T: ITIC)溶液滴加在預製電極模板上，通過模板的誘導和溶劑揮發，最終在相鄰的金柱電極中間形成與電極等高（20微米），厚度200納米的立面陣列。立面結構具有較大的共振截面，可以增大光角度引起的共振差異，進而顯著提高光角度探測分辨率，可以實現入射角度10o差異的光探測。該策略避免了傳統微加工方法的繁瑣工藝，首次實現了結構與功能一體化的印刷製造。陣列中每個Au/PBDB-T: ITIC/Au結構構成一個獨立的立面型光探測器單元。(圖1a) 立面上光吸收強度隨入射光角度的變化而發生明顯改變。(圖1b) 他們進一步將印刷微模板設計成“叉狀”結構。對組合中三個立面探測器的光電流數據分析結果表明，這種三維“叉狀”立面探測器實現了空間全向角度的有效探測。(圖1c和1d) 該工作為三維微納光電器件的設計和製備提供了新的方法和思路。研究成果發表於近日出版的《Advanced Materials》(Adv. Mater. 2020. DIO:10.1002/adma.201907280) 上, 通訊作者是宋延林研究員和蘇萌助理研究員，第一作者是博士生潘琪。
來源 化學所
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