哈尔滨工业大学（深圳）的肖淑敏课题组利用有机-无机钙钛矿材料超表面，实现了广域的超快动态结构色调控。相关工作以“Lead halide perovskite nanostructure for dynamic color display”为题，发表于最新一期的《ACS Nano》 上。
近年来，基于材料的荧光或结构色特性的彩色纳米打印技术吸引了大批研究学者的注意。彩色纳米打印技术利用高折射率、低损耗介质制备的微纳结构，可实现光谱范围内的彩色显示，并且可以用于高密度信息存储。然而，大多数基于结构色的纳米打印技术只能在静态模式下工作，对于一些实际的应用，如动态彩色显示、信息安全加密等，就需要上述技术实现实时的颜色调控，在非真空环境中工作，同时具有即时的反应速度和较高的重复性。为此，人们尝试了多种技术手段以实现这些要求。
近日，哈尔滨工业大学（深圳）的肖淑敏课题组和新加坡国立大学Cheng-Wei Qiu课题组合作，基于有机-无机钙钛矿材料优异的光致发光特性，提出了一种原位可重复的实时动态彩色纳米打印技术。该技术的工作原理如图（1）所示，通过设计不同周期的钙钛矿光栅结构，可将入射白光以不同的波长（即颜色）反射出去。此外，利用短波长激光在钙钛矿材料里的光致荧光特性，借助色彩混合原理，能够将两种不同波长（颜色）的光混合后形成第三种颜色。因此，通过调节两种不同波长光（颜色）的比例，可实现不同的混合色效果。
图1 工作原理图
研究人员采用理论与实验相结合的研究方法。首先，通过数值模拟预测了不同周期钙钛矿光栅结构的反射光谱：当光栅周期从405 nm到280 nm、间距从70 到163 nm 范围内变化时，反射峰波长可从 672 nm 蓝移至458 nm。随后，利用电子束曝光和等离子体刻蚀技术，研究人员制备了对应的钙钛矿光栅结构，在白光照射下发现样品可显示相应波长的不同颜色。此外，在飞秒激光的照射下，钙钛矿光栅样品在524 nm 左右波长呈现出光致荧光特性；进一步增加泵浦光强，可使得钙钛矿光栅的呈现出激光特性；通过改变泵浦光强，钙钛矿光栅显示出了强度可调的光致发光性能。
有趣的是，通过改变钙钛矿材料的阴离子配比，钙钛矿的能级结构发生了相应改变，也可以改变材料的光致发光波长。在此基础上，使用白光和激光同时照射样品，改变激光的泵浦强度，就能够实现彩色显示的动态、实时调控，同时也改变了钙钛矿材料的光致发光波长，实现了广域范围的彩色显示。图2展示了实验中制备的纳米彩色图案及其动态颜色调控，结果表明彩色纳米打印技术的颜色分辨率可达7257 dpi。
图2. 实验中制备的纳米彩色图案（哈尔滨工业大学校徽）及其动态颜色调控
该工作被选为当期ACS Editor’s Choice并受邀以ACS LiveSlides形式Highlight，文章第一作者是哈尔滨工业大学（深圳）的博士研究生高翊盛，参与工作的还有普渡大学的Alexander V. Kildishev教授和西安交通大学的张磊研究员，相关工作得到了深圳市航空航天微纳器件制备与检测公告服务平台及深圳市有机-无机钙钛矿器件工程实验室的资助。
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b02425
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编辑：冯元会
审核：颜学俊
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