可打印的柔性光学器件的最新进展:从印刷技术和优化策略到展望

以下文章来源于ACS材料X ，作者ACS Publications

英文原题：Recent Advances in Printable Flexible Optical Devices: From Printing Technology and Optimization Strategies to Perspective

通讯作者：黄羽 中国地质大学 (武汉)

作者：罗慈慧 柳凌霄

研究背景

具有高兼容性、便携性和可穿戴性的柔性光学器件已在显示、传感、能量转换等领域受到广泛关注。然而，柔性光学器件面临着制备难度大、集成度低以及精度低等诸多挑战。打印技术因其强大的设计能力、高精度和高集成度等优点，被认为是制备柔性光学器件的有效途径。 在这篇展望中，我们围绕基于光子晶体和钙钛矿的柔性光学器件，从喷墨打印、模板诱导印刷、3D打印、槽模打印以及丝网印刷出发，讨论每种打印技术的特点、调控方式、所得器件以及不足之处。阐述和研究打印技术对制备柔性光学器件至关重要，特别是对设计制备可穿戴、高集成柔性光学器件和未来应用方向。

展望亮点

该文总结了五种打印技术在柔性光学器件中的应用以及调控方法，展望了印刷技术的柔性光学器件的未来发展方向包括：

1. 喷墨打印在柔性光学器件中的应用及其调控方法；

2. 模板诱导印刷在柔性光学器件中的应用及其调控方法；

3. 3D打印在柔性光学器件中的应用及其调控方法；

4. 槽模打印在柔性光学器件中的应用及其调控方法；

5. 丝网印刷在柔性光学器件中的应用及其调控方法；

内容介绍

我们总结了五种用于制备柔性光学器件的打印技术，例如喷墨打印、模板诱导印刷、3D打印、槽模打印以及丝网印刷并讨论了每种打印技术的优缺点。

图1.五种打印技术的示意图及其优缺点。

高性能的柔性光学器件在很大程度上取决于光学功能材料的选择和光学微/纳结构的构建。近年来，多种材料相结合的喷墨打印技术在柔性光学器件的制造中得到了很好的发展。喷墨打印作为最常被使用的打印技术，已经实现了可控、高输出和高分辨率的打印质量。喷墨打印为制造具有多种功能的柔性光学器件提供了更多的机会。具体而言，对于含有纳米颗粒的油墨，印刷过程包括喷嘴喷出墨滴、墨滴落在柔性承印物上、油墨溶剂蒸发以及纳米颗粒在一定外界刺激下的自组装。如图2所示，整个印刷过程受到油墨成分、柔性基底的化学或物理性质以及各种外界刺激的强烈影响，调控这三个因素可获得高性能的柔性光学器件。

图2. 影响喷墨打印的三个因素示意图。喷墨印刷受到油墨成分、基底和外界刺激的影响。

在具有复杂几何形状的柔性光学器件的制备中，3D打印发挥重要作用。3D打印是一种不需要模具的增材制造方法，并且能够将柔性材料逐层数字化打印，为制造不同性能的柔性光学器件提供了一种新方法。一般来说，用于制造柔性光学器件的油墨主要是功能颗粒和聚合物的混合物。打印器件的性能可以通过改变纳米颗粒、聚合物等的性质来调整。3D打印能够组合多种材料，已经成为制造高性能柔性光学器件的一种方法。

图3.3D打印制备柔性光学器件。

最后，黄羽教授等人提出了基于打印的柔性光学器件的未来发展方向。首先，随着可穿戴设备的广泛应用，柔性光学器件也将向高实用性、高稳定性方向发展。用于打印的油墨更加具有生物安全性和稳定性。例如，可对基于纺织品的柔性器件进行个性化的定制、重复穿戴，甚至清洗；其次，柔性光学器件可以和人工智能(AI)辅助算法相结合。随着打印器件的不断创新，具有多种功能的光学柔性器件也将面临大量的分析数据。包括线性判别分析(LDA)和卷积神经网络(CNN)在内的人工智能(AI)辅助算法数据分析的加入将为信号分析提供帮助。

转自：“ACS美国化学会”微信公众号

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