Les nanomatériaux unidimensionnels aux propriétés optoélectroniques hautement anisotropes peuvent être utilisés dans des applications de récupération d'énergie, appareils électroniques flexibles et d'imagerie biomédicale. En science des matériaux et nanotechnologie, Des méthodes de structuration en 3D peuvent être utilisées pour assembler avec précision des nanofils avec une composition et une orientation contrôlées localement pour permettre de nouvelles conceptions de dispositifs optoélectroniques. Dans un récent rapport, Nanjia Zhou et une équipe de recherche interdisciplinaire de l'Université Harvard, Wyss Institute of Biologically Inspired Engineering, Lawrence Berkeley National Laboratory et le Kavli Energy Nanoscience Institute ont développé et imprimé en 3D des encres nanocomposites composées de pérovskite aux halogénures de plomb et de césium colloïdaux (CsPbX) 3 , où X=Cl, Frère, ou I) des nanofils.

Ils ont suspendu les nanofils brillants dans une matrice de copolymère séquencé polystyrène-polyisoprène-polystyrène et ont défini l'alignement des nanofils à l'aide d'un chemin d'impression programmé. Le scientifique a produit des nanocomposites optiques qui présentaient des propriétés d'absorption et d'émission hautement polarisées. Pour souligner la polyvalence de la technique, ils ont produit plusieurs appareils, y compris le stockage optique, chiffrement, détection et écrans couleur. L'ouvrage est désormais publié sur Avancées scientifiques .

Les propriétés optoélectroniques anisotropes uniques des nanofils semi-conducteurs découlent d'effets quantiques et diélectriques pour de nombreuses applications en électronique et en photonique. De nouvelles voies peuvent être ouvertes pour assembler des dispositifs optoélectroniques en modelant avec précision des nanomatériaux 1D en structures planaires et 3D. Par rapport à de nombreux types de fils semi-conducteurs signalés jusqu'à présent, nanofils aux halogénures de plomb au césium (CsPbX 3 ) avec une structure cristalline pérovskite ont offert plusieurs avantages pour les applications optoélectroniques. Les nanocristaux de pérovskite aux halogénures de plomb sont ultra-brillants et présentent un rendement quantique proche de l'unité sans coque d'encapsulation, contrairement aux nanocristaux conventionnels. nanocristaux semi-conducteurs colloïdaux à structure cœur-coquille.

Les scientifiques des matériaux peuvent modifier la composition des halogénures et la bande interdite des pérovskites pour former des émissions lumineuses et réglables sur toute la gamme spectrale visible. En raison des propriétés uniques des matériaux et des rendements quantiques élevés, les nanofils de pérovskite ont des applications potentielles en optoélectronique, en tant que couches actives dans le rétroéclairage de l'affichage à cristaux liquides (LCD), division du spectre, photodétecteurs polarisés et lasers à pompage optique. Les chercheurs ont exploré plusieurs méthodes de structuration planaire et 3D, y compris l'impression 3-D basée sur l'extrusion via l'écriture directe à l'encre (DIW) pour former des architectures de morphing de forme composées de fibrilles de cellulose et alignées dans une matrice d'hydrogel. Cependant, les applications générales de DIW pour modéliser les architectures fonctionnelles dans les dispositifs photoniques restent encore à explorer.

Dans le travail present, Zhou et al. conçu, architectures optiques polarisées imprimées et caractérisées composées de matrices de copolymère séquencé remplies de nanofils de pérovskite. Pour ça, ils ont développé une encre nanocomposite avec les faisceaux de nanofils de pérovskite intégrés dans un cylindre, matrice de copolymère séquencé polystyrène-polyisoprène-polystyrène (SIS) en microphase. En utilisant la méthode proposée, Zhou et al. attendez-vous à d'autres matériaux anisotropes, y compris les métaux, semi-conducteurs et copolymères à blocs, et les nanofils diélectriques doivent être configurés de manière programmable de la même manière.

Les scientifiques ont formé différentes encres composées de nanofils en faisant varier la concentration de SIS pour développer un comportement d'amincissement par cisaillement et une réponse viscoélastique requise pour DIW (écriture directe à l'encre). En utilisant des mesures de microscopie électronique à transmission (MET) et de diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS), ils ont révélé les micro-domaines hexagonaux ordonnés des filaments de copolymère séquencé SIS et ont révélé le SIS-CsPbBr imprimé 3 les nanocomposites doivent être fortement alignés le long de la direction d'impression. Cette méthode de structuration a permis l'orientation programmable des nanofils dans les composites optiques imprimés pour influencer leur émission polarisée et angulaire.

Pendant l'écriture directe à l'encre, Zhou et al. chemins d'impression générés à l'aide du G-code généré via MatLab, Slic3r et CIMCO et ont utilisé des buses en verre pour former des architectures nanocomposites sur des lamelles de verre. Démontrer les applications de l'anisotropie de polarisation programmée numériquement dans des nanocomposites imprimés en 3D ; Zhou et al. a d'abord conçu une image en niveaux de gris 3 bits de pixels de forme carrée (200 x 200 µm). En utilisant la technique, les scientifiques ont réalisé des architectures à motifs avancées pour servir de mémoires optiques pour les dispositifs de stockage de données à lecture unique (WORM) fois.

Les architectures imprimées peuvent être utilisées pour le cryptage de sécurité dans des mémoires cryptables en imprimant des architectures multicouches avec différentes informations optiques stockées dans chaque couche. Comme preuve de principe, Zhou et al. ont modelé les lettres "LIGHT" dans un dispositif à cinq couches dans lequel ils ont vu chaque lettre à différentes hauteurs. Ils ont imprimé les lettres "H" et "I" dans des orientations aléatoires et ont sélectivement visualisé chaque lettre dans la matrice transparente en utilisant un polariseur à l'angle approprié. les scientifiques ont montré la possibilité de crypter un modèle d'émission - par exemple, la lettre H—en étirant le matériau. Ils envisagent le potentiel de créer un camouflage dynamique dans des agencements de matériaux ressemblant à de la peau où différents motifs optiques émergent et disparaissent lors d'un étirement mécanique.

Après, ils ont étendu le concept pour imiter le RVB (rouge, vert, bleu) points quantiques largement utilisés dans le mélange des couleurs. Pour ça, Zhou et al. utilisé des réactions d'échange d'anions pour obtenir des pérovskites aux halogénures composées de nanofils émetteurs rouges et bleus et créé accordable, écrans couleur multiplexés utilisant l'impression 3D multi-matériaux. Bien que les nanofils de pérovskite ne soient pas encore parfaitement adaptés comme matériaux pour les applications d'affichage, le travail a mis en évidence la capacité d'exercer un contrôle programmable sur la composition et l'alignement des nanofils offerts via l'assemblage numérique. Zhou et al. a présenté les réponses spectrales accordables de la matrice RVB multiplexée et sa gamme de couleurs correspondante dans le diagramme de chromaticité CIE (commission on illumination) pour montrer la conception remarquablement simple offerte par les écrans imprimés pour obtenir une accordabilité des couleurs.

Unlike LCDs that rely on conventional quantum dot color filters, the printed films in the present work used direct polarization photon downshifters, also known as "active" color filters. Zhou et al. intend to improve both nanowire synthesis and printing to achieve higher efficiencies for display applications.

In this way, Nanjia Zhou and co-workers showed that direct writing nanocomposite inks composed of perovskite nanowire-filled block copolymer matrices could pattern optoelectronic devices in numerous designs. They programmed the nanowire composition and alignment to create optical nanocomposites for applications in information storage, encryption, mechano-optical sensing and optical displays. The new findings will provide a pathway to rapidly design and manufacture functional devices from anisotropic building blocks encapsulated in soft polymer matrices.

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