成果简介
人工光学图案在结构色彩显示、光子伪装和电磁隐形等应用领域具有广泛的优势。将其可扩展地涂覆在大型物体上，将极大地丰富多模态交互式社会。本文，清华大学 程虎虎 副研究员、曲良体 教授等研究人员在《Small》期刊发表名为“Droplet-Pen Writing of Ultra-Uniform Graphene Pattern for Multi-Spectral Applications” 的论文，研究提出一种直接写入薄膜石墨烯多光谱图案的液滴笔写（DPW）方法。通过对二维石墨烯纳米片的两亲性调节，超均匀和超薄薄膜可在液滴帽上自发形成，并铺到基底上，从而引起光学干涉。这样就可以通过笔写液滴实现表面图案化。
具体而言，按需液滴薄膜的横向尺寸达到毫米级，亚波长厚度（小于 100 纳米）的均匀性高达 97%，高宽比超过 30 000。此外，还展示了 8 英寸晶圆规模的圆盘和线条像素化薄膜图案，从而实现了低幅射结构色彩绘画。此外，还研究了这些图案在双波段伪装和红外-可见光加密方面的应用。这项研究凸显了二维材料自组装在大规模制备和多光谱应用基于薄膜的光学图案方面的潜力。
图文导读
图1、DPW过程的原理和特点
图2、GO纳米片的组装和铺装工艺
图3、可扩展的超均匀薄膜图案写入
图4、可见红外双波段伪装
图5、aGO薄膜图案在信息加密中的应用
小结
综上所述，DPW 方法是基于液滴帽上薄膜动力学而开发的直接涂覆多光谱薄膜图案的方法。要在模型内沉积均匀的薄膜，不仅需要抑制 “咖啡环 ”效应，还需要提高组装速度，并减少液滴帽下降阶段的皱纹或裂纹。使用 DPW 可以直接在晶圆上打印出多光谱和图案化的光学响应，显示出具有红外伪装和加密功能的结构颜色。通过引入多相溶剂或基底相互作用，DPW 的均匀性可以得到提高。更重要的是，材料工具包可以通过引入其他二维材料进行扩展，以满足光学应用的更多要求。利用 aGO 薄膜图案的整体低发射率与可见光和红外发射率之间的高对比度对应关系这一事实，我们证明了aGO 薄膜图案可用于中/长距离场景下的可见光-红外双波段伪装，以及短距离场景下的红外-可见光信息加密/解密。虽然目前这些演示在系统级性能和可靠性方面还不够理想，再加上使用 DPW 方法进行扩展准备的潜力，但作者相信这项工作仍可为现有的多光谱交互提供一些启示。
文献：https://doi.org/10.1002/smtd.202400384
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