近日，南方科技大学机械与能源工程系副教授胡程志课题组在半导体纳米颗粒的光学图案化领域取得新进展，相关成果以“Light patterning semiconductor nanoparticles by modulating surface charges”为题发表在国际期刊 Nature Communications 上。

光学图案化技术因其在柔性电子、光电器件、微纳机器人等领域的重要应用价值，近年来备受关注。然而，现有光学图案化技术通常依赖高强度光源和复杂光学系统，难以适配大规模生产需求，同时对能量消耗及设备成本要求较高。因此，开发简单、高效且经济可行的图案化方法成为该领域的研究重点。

图1 ZnO@Cit纳米颗粒的正向图案化机理

图2 ZnO@Cit纳米颗粒的正向图案化结果

胡程志课题组提出了基于光触发表面电荷调控的半导体纳米颗粒图案化新方法。研究团队利用紫外光激发 ZnO 纳米颗粒表面配体的光降解反应，显著改变颗粒表面电荷，从而通过静电作用将颗粒精确排列于带电基底上，实现了正、负图案的快速、低成本制造。

图3 ZnO@Cit/PDDA纳米颗粒的负向图案化

该方法的优势是：（1）相比传统激光技术，该方法仅需6 mW/cm²的光强，即可在10秒内生成厘米级图案，能量消耗显著降低；（2）无需光刻胶，适配透明玻璃、柔性PVC等多种基底；（3）除 ZnO 外，该方法亦适用于其他半导体材料（如ZnS、CdS、TiO2），展示了光学图案化在多材料体系中的潜力。

图4 由图案化 ZnO@Cit 纳米颗粒制成的紫外光探测器

研究团队进一步利用该图案化技术制备了基于 ZnO 纳米颗粒的紫外光探测器，该器件表现出优异的光电性能，光/暗电流比高达10⁴。该技术为光电子器件的规模化制造提供了新的技术途径，展现了其在智能设备、传感器等领域的巨大潜力。

南科大机械与能源工程系博士研究生何小丽为论文第一作者，康斯坦茨大学顾红日博士（现为香港科技大学助理教授）为第二作者，南科大机械与能源工程系副教授郭亮提供了理论指导，胡程志和苏州大学教授杨湛为论文共同通讯作者，南方科技大学为论文第一单位。此项研究得到了国家重点研发计划、广东省基础与应用基础研究基金、深圳市科技创新委员会、深圳自然科学基金稳定支持计划以及深圳市科技计划的资助。南方科技大学分析检测中心以及工程师马续航为论文提供了技术支持和协助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-53926-7

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