Микро-нано светоизлучающие устройства играют важную роль в развитии интегральной оптики, например: материалы для усиления света в органических лазерах и электронных дисплеях в области больших перспектив применения; давление или химические вещества имеют реакцию на светоизлучающие материалы могут быть использованы в качестве датчиков; в дополнение к различным светоизлучающим материалам, подготовленным микроструктурными массивами, за счет разумного регулирования света в области защиты от подделок также показали очень хорошую ценность применения.

В реальных приложениях твердотельные устройства (например, тонкие пленки, функциональные структуры) имеют гораздо более широкий спектр применения, чем некоторые вещества в жидком или свободном состоянии, что требует от некоторых люминесцентных материалов хорошей эффективности люминесценции в твердом или агрегированном состоянии. Поэтому важно найти эффективные твердотельные люминесцентные материалы и применить их в полимерных устройствах.

Среди различных типов люминесцентных материалов, люминесцентные материалы, индуцированные агрегацией (AIEs), как новый класс люминесцентных материалов, привлекли широкое внимание и исследования благодаря своим уникальным люминесцентным свойствам. AIEs имеют преимущества высокой эффективности люминесценции в твердом состоянии, и полимерные микро-нано люминесцентные структуры были успешно подготовлены путем допирования AIEs в эпоксидные смолы с получением композитных смол. Полимерные светоизлучающие устройства представляют собой важный класс функциональных фотонных устройств, в процессе приготовления которых светоизлучающие материалы допируются или модифицируются в полимерный комплекс, а затем с помощью самосборки и зрелой технологии обработки гибко готовятся различные твердотельные фотонные устройства. Эти светоизлучающие устройства находят широкое применение в лазерах, оптической связи, зондировании, световом отображении, печати, биологической диагностике, борьбе с подделками и многих других областях.

Лучшая совместимость полимерных материалов позволяет легировать и обрабатывать широкий спектр функциональных материалов. Например, Сунь и др. допировали лазерный краситель родамин B (RhB) в фоторезист SU-8, а затем с помощью фемтосекундной лазерной прямой записи подготовили множество миниатюрных резонансных полостей и добились низкопорогового лазерного выхода. Янг и др. из Университета Цинхуа провели ряд работ по сенсорике полимеров, легированных углеродными точками (например, гидрогелей), используя волноводные структуры для сенсорики и обнаружения широкого спектра веществ. Очевидно, что направление применения полимерных светоизлучающих устройств в основном зависит от особых свойств светоизлучающих материалов и функций структурированных фотонных устройств. Для того чтобы расширить область применения полимерных светоизлучающих устройств и повысить их эффективность, необходимо постоянно улучшать характеристики светоизлучающих материалов, а также находить подходящие средства обработки для создания функциональных устройств, отвечающих направлению применения.

В полимерных светоизлучающих устройствах светоизлучающие материалы (например, органические малые молекулы, редкоземельные апконверсионные материалы, квантовые точки и т.д.) смешиваются в полимерной матрице путем легирования или модификации и излучают свет при соответствующем световом или электрическом возбуждении. На практике, с учетом энергопотребления и срока службы устройства и других факторов, ведется поиск более эффективных светоизлучающих устройств, то есть как можно более низкого уровня светового или электрического возбуждения, чтобы устройство достигало заданной интенсивности свечения. Для твердотельных устройств интенсивность свечения в основном связана со светоотдачей самого люминесцентного компонента и коэффициентом легирования. Традиционные люминесцентные материалы имеют повышенные межмолекулярные силы при высоких концентрациях или в твердом состоянии, а сильный эффект π-π стэкинга приводит к вспышке флуоресценции молекул красителя, что значительно ограничивает применение органических люминесцентных красителей в твердотельных люминесцентных устройствах. Согласно ранее опубликованным работам по RhB-полимерным микро-лазерам, оптимальное соотношение допирования материала усиления RhB в полимере составляет 1 wt%, а дальнейшее увеличение концентрации допирования приведет не только к резкому всплеску флуоресценции, но и к появлению в полимере молекул RhB с явлением кластеризации, что повлияет на морфологию и производительность устройства.

Агрегационно-индуцированные люминесцентные материалы, как новый класс органических люминесцентных материалов, в корне преодолели проблему разрыва агрегации молекул красителя благодаря уникальному механизму люминесценции - ограничению внутримолекулярного движения, и реализовали высокоэффективную люминесценцию в твердом состоянии, что, несомненно, вливает свежую струю в развитие твердотельных люминесцентных устройств.

Технология обработки полимерных микрооптических устройств:

1. Масочная литография

Структурирование фоточувствительных полимерных материалов путем экспонирования в маске.

2. Технология прямой записи с помощью лазера и электронного луча

Прямая запись - это метод безмасочной фотолитографии, который позволяет получать структурную информацию, управляя координатным положением сфокусированного пятна на фоточувствительном покрытии.

3. Технология наноимпринтинга

Наноимпринтинг - это процесс воспроизведения микро- и наноструктурных рисунков, который может быть использован для высокоточной подготовки микро- и наноструктур большой площади.