第150期 2019年4月刊
 
 
 
发行人:林恭如所长  编辑委员:李翔杰教授  主编:林筱文  发行日期:2019.04.30
 
 

~ 与南京大学(Nanjing University)博士生交流活动 2018  系列报导 ~

【2018 第十一届两岸光电科技博士生论坛】

(The 11th Cross-Strait Ph.D. Student Forum on Photonic Science and Technology, 2018)

(时间:2018年11月7日至11月11日;地点:台湾大学

【之四】

撰文:光电所博士班学生古庭安

很荣幸有这个机会可以参加与南京大学交流的学术会议,曾经听所上一位资深教授说过:南京是他走访过许多大陆城市中,对台湾最为友善的一个城市,我虽然没太多与大陆人士交流的经验,但这次,我觉得交流的过程中没有太大隔阂,大家都和乐融融、相谈甚欢,为期五天的活动虽短,却也留下许多美好回忆。这次我们尤其要感谢担任队长的周昂升同学,几乎大小事他都一手统筹,台风稳健的他担任主持人第一棒,让大家知道该怎么做才能热络整个会议场面,也因为那些参加过的同学分享许多经验,还有所有参与人员100%配合,我们才能够让南京大学的老师、同学们满载美好回忆和各种台湾名产,尽兴归国。

 本次文化参访的行程虽然只有短短一天一夜,但我们还是尽力安排,希望让南京大学的老师、同学们尽兴而归!所以我们把握所有可以利用的时间,在会议结束当天,傍晚六点连衣服都没换就搭车前往花莲,不过大家似乎都很兴奋,没有露出任何疲态。

 大家在等车时还意犹未尽,互相讨教会议的内容

大约晚间九点,我们才到达住宿地点,一到房间,同学们就马上把正式服装换成轻便的休闲服,准备去东大门夜市好好体验台湾特有的夜市文化,很可惜我当天晚上因为个人健康因素没办法陪同他们去逛逛,而且当天晚上花莲还下着大雨呢!但是同学们的热情是大雨也浇不熄的,近十二点时,看他们个个很满足地提着大包小包回到房间,我就放心了,看来天公不作美,还是可以自得其乐!

隔天早上依然下着大雨,我们在饭店餐厅吃丰富的台式Buffet,原定计划是早上七点就要出发前往砂卡礑步道,改成九点才出发,不过也好,他们又有更多时间可以去买名产了,毕竟他们真的身负许多任务,要帮家人、学弟妹、学长姐采购呢!吃早餐时,我们互相分享两岸的食物,他们很惊讶我们的鸡蛋是白色的,他说他们的鸡蛋都是红蛋壳,我想应该与鸡的品种有关,还有一件事我很讶异,他们没有吃地瓜叶的习惯,跟我们大不相同。

往海边出发时,依然是下着雨,但是愈往海边移动,天光就渐渐透出云层,没想到当我们抵达太平洋公园,海面上已经放晴,只剩中央山脉的方向有云层聚集,大家平常一定都有做功德,才能如此幸运!这里是最适合看大海的地方,南京的同学们看到海都很兴奋地按快门,我们当然也要发挥地陪的最大功能,尽量帮他们多拍点美照,让他们能够及时发动态到微博炫耀一番。

 

 

 南京大学的爱珍同学、晓慧同学以及拿着单眼努力帮大家拍照的光旭同学

第一个景点大家就已经觉得值回票价了,第二个景点也让大家看海看个够,我们来到了七星潭,不仅可以远眺清水断崖,又可以到旁边的四八高地去走走,不过似乎没什么人想走过去,老师们也都走得有点累了,所以大家聊聊天、拍拍照,就往午餐地点出发了。

下一站我们到了砂卡礑步道,这个步道是日治时期日人为了在立雾溪下游设置水力发电厂,沿着岩壁开凿的施工道路,目前太鲁阁国家公园管理处将此施工通道改造成让民众能够亲山近水的步道。因为每个人脚程不一样,所以大家三两成群一边聊天一边欣赏秀丽的风景,沿途大陆同学们常会被各种不同的植物吸引,台湾因为纬度较低、加上四面环海,造就出丰富的林相。虽然台湾面积不大,但是也因为这样,到哪都很方便,他们很羡慕我们能够一下到海边、一下就能上山,这是我们最引以为傲的特色!

 

走在平缓的步道上,随处可见色彩分明、层层皱折相迭的山壁或是岩石,老师、同学们也开始讨论起各种地理现象的成因,岩石为何会变形?什么样的应力造成如此的皱褶?这其中就隐含着物理,当处于深处地层中那些可塑性强的岩层受到板块运动挤压,就会产生弯曲变形,每一块岩石上都有不同的皱褶,值得静静观赏,甚至发挥想象力加诸不同的形象。

 另外有一件趣事可以与大家分享,南京的同学们几乎人手一只小米手环,他们说走了这段步道,一定可以进“步数榜”前几名,他们还说,只要去看某人在线同步的步数有没有在增加就知道他是不是起床了,要是我,宁愿不用手环,因为这攸关个人隐私呀!

 这次博士生论坛我也与一些同学聊开了,一路上不停讨论两岸的文化差异,年轻一代对生活、婚姻、事业的想法,发现相同年龄层的我们其实没有太大的隔阂,例如最近吵得很火热的同性婚姻合法议题、环保议题,很多同学都抱持着开放尊重、包容异议的态度,听到他们这么说,我打从心里觉得很高兴,对我来说,这也是除了学术研讨、专业知识以外更充实的收获和意义,这个世界会因为有这些好人而变得更好。

回到花莲市区,大家还是把握可以购物的每一刻,每个人都提了大包小包到车站集合,到了火车上,导游将铁路便当发送到每人手上,但是很多同学居然累到连便当都没吃,直接倒头就睡,看来一天一夜的花莲行还是挺消耗体力的,舟车劳顿加上步行距离也蛮长(应该有走到六公里),真是辛苦大家了!

 虽然最后一天只剩上午可以利用,我们依然尽力满足所有南京同学的愿望,带他们到故宫参观。到了故宫,因为是假日,果然人山人海,尤其是几个热门的展厅,连挤都挤不进去,但大伙儿都很配合地跟着导览人员的动线移动,没有脱队的情况发生,也都很守规矩,不能照相的展厅绝不会拿相机、手机出来。

 南京的同学们都很认真听导览、很兴奋地拍照

出乎我意料之外的是,他们没能看到翠玉白菜,因为刚好被台中花博借去展出,大家都觉得非常可惜。我发现他们真的对这些文物很有兴趣,导览过程中,他们都看得目不转睛、惊叹连连,每个人都一直按快门,他们问我们常不常来故宫参观,我们都摇摇头,他们露出不可置信的表情,觉得我们身在福中不知福,说要是他们的博物馆里有这些东西,他们一定常常去参观!也因为这次文化参访,我才认真看了一些历史课本里提到的文物,像是王羲之的平安何如凤橘三帖、西周晚期的毛公鼎、雍正时期的各式彩绘瓷器…等有名的文物,我相信大家都收获良多!

 这几天以来,谢谢两校师长们的筹划组织和细心关怀,还有所有参与的同学们,很荣幸能够参与这场充满知性与感性的学术及文化交流,我获益匪浅,我会珍视与南京同学们的缘分,不管是在生活上或是在学术、课业上,保持联系、互相砥砺!

 

光电所参与欧盟 European Master of Science in Photonics (EMSP) 硕士双学位计划  系列报导 ~

【之三】

撰文:光电所硕士班学生宇德安

不像在台湾的学生有两年的时间做研究,参与EMSP计划的学生,都是从第二年才选择硕士论文主题并开始研究,一年的时间内要选择题目、了解一个新的主题、回顾文献、设计研究内容、着手做实验、分析实验结果和撰写论文并准备口试,在时间上是十分紧凑的,必须安排好实验的计划。口试分为两个梯次,六月底和九月初,如果在五月底前完成硕士论文,就可以在六月底口试,如果不幸实验来不及完成,就会延到九月初口试。

九月初,我们抵达了比利时当地,和VUB这边负责的秘书Majorie见面后,我们才拿到了硕士论文题目清单,由于EMSP是由根特大学和布鲁塞尔自由大学共同主持的计划,硕士论文题目清单中会有两所大学开给学生的题目,我们这年在VUB这边的题目约有14个,根特大学提出的题目则较多。

VUB这边负责EMSP计划的秘书Majorie和负责教授Heidi都十分友善,在给我们硕论清单后还主动跟我们约时间讨论,向我们详细解释每个题目,根据我们的背景和兴趣推荐适合的题目,并且在讨论后也马上帮我们约该题目的教授讨论,之后也针对我们的题目推荐我们可以修哪些相关的课程,在我们初到比利时的这段时间提供了我们很多协助,让我们感到十分温暖。

在VUB的硕士生进行研究时,除了有一到两位指导教授(promoter)外,还有一位实验室的学长姐(supervisor)实际指导实验仪器的操作和讨论研究的细节。在上学期确认实验题目后,由于大部分的重心仍放在修课上,研究的部分主要在于回顾文献和设计实验架构。值得一提的是,在上学期过后会有一个期中的研究进度报告,指导教授会邀请其它教授一起听我们报告研究的目标和目前的研究进度,并针对之后研究的设计给予一些回馈,这部分对我后面的实验设计来说帮助很大。

我研究的题目是关于拉曼光学应用于肝细胞的主题,除了前面的光学系统设计会利用ASAP光线追踪(ray-tracing)仿真软件外,也需要架设、校正设计出来的拉曼系统,并结合医学院伙伴培养的肝细胞做量测,整个题目涵盖的范围很广,也跟我之前在台大研究的内容完全无关,是个非常具挑战性的题目。在研究过程中也遇到很多挑战,很感谢我的指导教授和带我的学长在过程中给我很多建议。

在研究进入尾声时便开始撰写论文和准备口试,口试报告更像是演讲的形式,所有要口试的学生会轮流上台报告,台下除了有所上的老师外,全所的学生也会一起来听口试。综观一年的研究,我感受到在EMSP计划中,由于真正投入研究的时间仅有一年,教授给的题目和目标较为具体,自主规划性较低,且一年的时间十分紧凑,必须善加规划好研究进度。【精彩内容,下期待续~】

 

撰文:光电所硕士班学生游舜豪

在完成VUB注册后不久,EMSP承办人Majorie会给我们一个云端账号,进入后可以看见大约有14个左右的PDF档,而每一个PDF档都是硕士论文题目的研究内容简介。简介下方会有该教授或是supervisor的联络方式,我们如果对哪个研究感兴趣的话,都可以利用下方的联络方式找到教授或supervisor,与他们讨论研究的内容与细节。一般来说,在这里一个教授只会收一个研究生,而我们收到题目的时候,有一些教授已经收了本地的硕士生,所以我们的选择又会再少一些。而在VUB,这14个题目里面其实有大概7到8个题目都与光纤有关,所以如果想要做其它的内容,可能在根特那边比较有机会。如果想要听听那些教授的评价或是真的不知道要做什么题目,可以向Majorie寻求协助。她会请EMSP在VUB的总负责人Heidi教授来跟我们说明我们可能适合哪些教授的题目,如果我们要求的话,她也愿意帮我们邀请那些教授跟我们谈谈,而我后来的选择就是透过Heidi教授推荐的人选。

在VUB有三个校区,依指导教授的不同,可能会去不同的校区做实验。我主要做实验的地方位于Gooik,已经离开布鲁塞尔区了。从布鲁塞尔到实验室大概需要2个小时的车程,其中要转一次轻轨与两次公交车。由于Gooik是比利时的乡下,在那里做实验之外,其实是很乏味的。所以我都在午餐后的休息时间,拿着自己带的水果或是番薯皮去喂邻居庭院的山羊打发时间。

我因为要准备硕士论文的关系,在上学期选了七门课,下学期只有一门。所以在上学期的时候,研究上就以报告paper和做一些简单的实验模拟为主,在此建议在上学期就把硕论的Introduction写完。而在期末考后,会有一个研究的期中报告,要与其它教授说明自己的研究大概会朝怎么样的方向去做,同时这也算是硕论口试的练习,然后才会到实验室开始做实验。大致在复活节假期后就要开始边做实验边写硕论,不然会有很大的机率写不完。硕士论文必须要在六月中之前写完并缴交电子文件给Majorie,然后再大概准备十天左右就会进行论文口试。在这段时间所有的事情都会集中在一起,要一边准备口试又要一边准备期末考,所以强烈建议下学期不要选太多课。

万一在六月中没有办法写完论文或者是实验做不完,Majorie就会公布第二次的口试时间,一般都是在九月初,如此就会再多大约两个月的时间可以把硕论完成。六月的口试会被分成两天,一天会在VUB,一天会在根特,所有人都必须出席。而像我因为这一年都没有修根特的课,所以我就利用口试的这次机会去根特大学的校区参观。【精彩内容,下期待续~】

 

 从Majorie处得到题目介绍

 

 Gooik实验室

 

 实验室隔壁邻居的羊,可以喂牠吃草

 

撰文:光电所硕士班学生林音妙

我在台湾大学的实验室主要以模拟实验为主,因此在比利时想选与动手做实验有关的论文题目。大概在抵达比利时两、三个礼拜后拿到论文题目的清单,上面标注有题目、指导教授及实验目标概述,选了三、四个有兴趣的题目寄信给教授,等待回复后进行面谈。最后我选择「Laser-written point of care optofluidic biochip in glass」,是在玻璃内以飞秒激光让玻璃折射率发生变化而做成波导,利用此特性进行光学设计,最终目标为能应用在生医上的传感器。根特大学的科技园内设有无尘室,整个实验几乎都在无尘室里进行。

 

 无尘室内部环境及学姊Ana

虽然刚开始接洽主要是与指导教授讨论,但大部分的时间都是由博班学长Andres、学姊Ana带我做实验。从激光曝光、蚀刻到量测,对于完全没有进过无尘室的我无疑是一大挑战,幸好学长姊们非常有耐心地教导我并从旁帮助我,让我之后能自己操作仪器量测出最后的结果,并如期完成论文与口试。与台大比较不一样的是,这边的进度及与教授的meeting是由自己规划并与教授约时间,比较自主知道实验进度的规划,每次的进度报告教授都会予以建议并导正大方向,讨论结果也都让实验能更顺利进行并朝着当初所设的目标迈进。这里的上班时间并没有硬性规定打卡,但到下午五点半之后iGent内就鲜少有人,可见这里的人很重视下班后的生活,教授也不会在假日或下班时间回信谈论公事,大家都在适当的休息时间得到充分的放松。还记得要交论文前几天刚好是带我的学长Andres的生日,这边的习惯是生日的人会带蛋糕或食物与大家分享喜悦,他看我非常焦虑地在办公室修改论文,还特地切一块蛋糕到我桌上跟我说:「吃个蛋糕加速论文写作哦!」,让我觉得又好笑又温馨。另外我的研究部门CMST也会举办一系列的活动,例如BBQ或运动比赛,部门内大家的感情其实非常融洽。

 与Andres及Ana合影  Andres的生日蛋糕

 一到五点就空无一人的办公室

根特大学的口试在这学年度分为六月及九月两个梯次,教授会依照实验及论文进度帮你分配到不同的时间,每一梯次都是和布鲁塞尔自由大学合办,评审委员由指导教授安排,当天除了要口试的学生大约10位,也会提前公告给所内的人,让对论文主题有兴趣的学生和教授们入场,当天发表完后会开放提问让学生进行答辩,最后再由评委与指导教授在另一个小房间讨论决定学生的分数。

整体来说我很喜欢在根特大学的研究环境,也很幸运地遇到很细心又很愿意讨论的教授与学长姊,虽然对我来说几乎是陌生的领域,不过遇到难解的困难只要提出,大家都很愿意提供协助,例如我在预口试时,除了我的指导教授和学长姊,所内还有另一位教授听闻消息主动到场帮我修正,他们甚至一页一页投影片从字体编排、内容以及我所阐述的方式及不清楚的地方都一一提醒。多亏他们的协助,让我在这一年研究经验上的收获也很丰富!【精彩内容,下期待续~】

 

撰文:光电所硕士班学生黄郁庭

根特大学的论文题目是负责EMSP计划的教授给我们的,我们这届大概有五、六十个题目让你自由选,原本应该早在开学前就选好题目,但我们那年由于命运多舛、水星逆行等各种奇怪的因素,是到比利时一阵子了才拿到题目,总之就选几个有兴趣的题目,再和教授谈谈定下来就差不多了!

因此我们必须在一年内同时修课、做研究和写论文,还要定期出去旅游,老实说是非常困难的任务。我选的老师是当初认识的学长推荐的,算是很年轻也很关心学生的教授,甚至他自己本身还要进无尘室做实验,除了指导教授外还会有一位负责带你的博班生,通常平常开会时就是和他们两人一起讨论。

我觉得国外的风格比较偏向要独立思考与行动,老师和学姐只能给你大方向的建议,但细节仍然要自己去找数据与思考,而我们实验室又比较不像台湾会有团队感,因此我从头到尾都不知道自己的实验室同学除了我室友还有谁,大家平常也不会聚在实验室,也没有个人的座位,我推测可能因为我的教授较年轻,不像经验丰富的资深教授有比较多的资源,也不会紧迫盯人。

如果学弟妹不是自动自发的研究人才,最好还是选高压的教授,这点可能跟在台湾做研究差不多,不然身为国际学生,除了修课外我们还想要定期出去旅游拓展视野,很容易比重失衡最后忙到崩溃,总之切记要认真就是了。

至于资源的话,我觉得这边资金充裕,系馆非常新颖也有许多让员工休憩的空间,每层楼都有咖啡机和气泡水机可以使用,也不定时会有零食或水果,会让人觉得在这边工作其实蛮幸福的。至于无尘室的话,个人是觉得也比台大的规划好,由于空间大上许多,不会显得拥挤或碍手碍脚。

由于光电系馆在郊区的缘故,那边只有一间学生餐厅,中午才有营业且只有卖三明治等非常简单的食物,优点是便宜,大概一份两欧左右,不过缺点就是比较难吃。因此大家常常会走出去园区对面买三明治(没错,还是只有三明治店),面包口感较好,然而一份价位大概在四欧左右,欧洲消费就是一分钱一分货。如果不想吃三明治的话,通常会自己带便当或是订中国餐馆,餐馆一份大约六欧。

最后觉得一个有趣的现象是,相对于欧洲其它国家,其实平常走在根特的街道上,亚洲人的比例是相当稀少的,然而在系馆可以发现亚洲面孔或是其它非欧系国家面孔比例大增,有时候在路上遇到还会主动跟你打招呼搭讪,可能是在国外,所以亚洲人很亲切团结的关系,所以没事多去系馆也会多认识一些人,建议大家不要像我太常宅在家里、或一直跑出去玩啊!【精彩内容,下期待续~】

 

 

 
     
 
 

Different surface plasmon coupling behaviors of a surface Al nanoparticle between TE and TM polarizations in a deep-UV light-emitting diode

Professor Y. W. Kiang’s Laboratory

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 江衍伟教授

The formulations and numerical algorithms of a three-level model for studying the Purcell effect produced by the scattering of an air/AlGaN interface and the surface plasmon (SP) coupling effect induced by a surface Al nanoparticle in a two-polarization emission system to simulate the transverse-electric- (TE-) and transverse-magnetic- (TM-) polarized emissions in an AlxGa1-xN/AlyGa1-yN (y > x) quantum well (QW) are built. In reasonably selected ranges of Al content for an AlGaN QW to emit deep-ultraviolet (UV) light, the enhancement (suppression) of TE- (TM-) polarized emission is mainly caused by the SP-coupling (interface-scattering) effect. Different from a two two-level model, in the three-level model the TE- and TM-polarized emissions compete for electrons in the shared upper state, which is used for simulating the conduction band, such that either interface-scattering or SP-coupling effect becomes weaker. In a quite large range of emission wavelength, in which the intrinsic emission is dominated by TM polarization, with the interface-scattering and SP-coupling effects, the TE-polarized emission becomes dominant for enhancing the light extraction efficiency of a deep-UV light-emitting diode.

Fig. 1. Four structures for computing the TE- and TM-polarized radiated powers, including the intrinsic (IN) case in (a), the reference (RE) case in (b), the SP-coupling (SP) case without a SiO2 interlayer in (c), and the SP-coupling (SP) case with a SiO2 interlayer in (d).

Fig. 2. Radiated powers of the TE and TM dipoles normalized with respect to individual levels in the reference case based on either two- or three-level model. The curve of TE-2 (TM-2) corresponds to the ratio of pTE/SP-2 (pTM/SP-2) over pTE/RE-2 (pTM/RE-2). The curve of TE-3 (TM-3) corresponds to the ratio of pTE/SP-3 (pTM/SP-3) over pTE/RE-3 (pTM/RE-3).

 

InGaAs photodetector grown on InP substrate with InAsxP1-x metamorphic buffer layers

Professor Hao-Hsiung Lin’s Laboratory

Graduate Institute of Photonics and Optoelectronics, National Taiwan University

台湾大学光电所 林浩雄教授

In this work, instead of traditional InAlAs metamorphic buffer, we used step-graded InAsxP1-x layers as the metamorphic buffer for InGaAs/InAsP SWIR photodetectors. InAsP is a mixed group 5 alloy and has the advantages of constant grown rate and low interaction parameter. An In0.69Ga0.31As photodetectors was grown strain-freely on top of the InAsP step-graded layers by MOVPE. Figure 1 show the RSMs for (004) and (115) reflections obtained from the sample, the In0.69Ga0.31As is almost fully relaxed through the using of InAsxP1-x step-graded buffer layers. Figure 2 is a cross-sectional TEM image of the buffer layers showing that misfit dislocations are confined in the buffer layers. No threading dislocation is observed in the In0.69Ga0.31As absorption layer. Figure 3 shows the I-V of a typical metamorphic InGaAs/InAsP detector with a dark current of 4.5×10-4 A/cm2 at -0.5 V, indicating the good quality of the epilayers. Figure 4 shows the spectral response at zero bias of a detector with a cutoff wavelength of 2.25 µm.

Figure 1. (004) and (115) RSM of InAsP/InGaAs/InAsP/InP structure.

Figure 2. Cross-sectional TEM image of InAsP/InGaAs/InAsP/InP structure.

Figure 3. I-V curve of a InGaAs/InAsP detector. Device area is 4×10-4 cm2.

Figure 4. Spectral response of a InGaAs/ InAsP detector.

 

     
 
 
论文题目:具多波长/偏振选择特性之可携式窄频红外光热发射器与应用

姓名:黄伟伦   指导教授:李嗣涔教授

 

摘要

于金属光栅的三层金属/电介质/金属结构中引入周期性布置的混合电介质材料,实现多波长的局域型表面电浆子红外光发射器。横向局域型表面电浆子电场会往高折射率的区域集中,复合式局域型表面电浆子的电场分布,类似于周期性排列的混合电介质层中的驻波模态,每个模态即对应不同阶数的红外光峰值。共振波长可藉由改变混合介电材料的组成与顶部金属光栅的线宽来调变,也研究了红外光组件的非色散发光和偏振特性,组件的红外光热辐射频谱如图一所示。波导型热辐射发射器的介电共振腔内引入一嵌入式金属光栅,实现第二种类型的多波长红外光发射器,其具有波长和偏振的高选择性。实验量测的结果非常吻合有限差分时域分析的模拟结果。共振波长可藉由改变嵌入金属条的周期,线宽,或位置来调变,也研究了多波长组件热辐射发光频谱的角度色散与极化特性,组件的红外光热辐射频谱如图二所示。本论文实现了具极化与波长可选择性的可携式红外光发射器,其可替换不同波长的红外光芯片可用于不同应用。将窄频红外光应用于探讨人类嗅觉理论的实验。气味分子中的键结振动可以被具有特定波长的红外光照射所激发,利用受到激发的分子键结震动研究对人体嗅觉的影响。

图一、多波长局域型表面电浆子红外光发射器组件图与其热辐射频谱图

图二、多波长波导型红外光发射器组件图与其热辐射频谱图

 


 
 
 

— 资料提供:影像显示科技知识平台 (DTKP, Display Technology Knowledge Platform) —

— 整理:林晃岩教授、卢奕 —

奈米变大了

剑桥大学的团队目前已证明了使用连续涂布和封包的卷对卷、公尺级的羟丙基纤维素机械变色层压材料(Nat. Comm. 9, 4632; 2018)。由于螺旋奈米结构,羟丙基纤维素(纤维素的衍生物)可以呈现布拉格绕射的颜色。结构的周期性(以及颜色)是对压力敏感的,开启了显示器、传感器和其它应用的可能性。该团队量化了压力引起的色调变化,并研究了人体足迹的实时压力分布和时间演变(如图一);可以使用标准相机读取压力图,例如:内置于行动电话中的相机。

 

图一、人体足迹的实时压力分布图

通讯作者Michael De Volder告诉Nature Photonics,光子学和奈米技术中许多振奋人心的发展,经常因制造成本高而导致失败。他们的主要动机是将先进的奈米材料之自组装制程直接发展为可扩展的卷对卷制造技术。他解释说,科学家们经常忽视如何在奈米尺度上制造东西,而他们的方法旨在克服实验室示范和工业发展之间的「死亡之谷」。

「透过我们的Nature Communications论文中开发的制程,我们能够制造由生物兼容性聚合物制成的平方米级的机械变色材料,允许使用颜色跟踪以进行低成本的2D压力测绘」,De Volder解释 。

根据De Volder的说法,材料在连续卷对卷涂布机上的自组装,是一种独特的制程工艺,其中材料沉积和组件封装同时实现。此外,使用简单的手机相机可以读出机械变色薄膜的压力是另一个重要的实验面向。

 

图二、卷对卷制造HPC层压薄膜。(a) HPC层压薄膜的卷对卷制造示意图显示了以下序列程序:(b) HPC的槽模涂层;(c) 胶水沉积封边;(d) 边缘胶的UV固化,用屏蔽屏蔽HPC涂层;(e) 用于最终封装和重绕的层压。(f) 红色、绿色和蓝色HPC层压板的黑色PET背衬产品卷,HPC浓度分别为63,66和70%。

该工作中最具挑战性的部分是控制奈米级的组装,特别是因为降低成本而需要加强的涂布速度。这意味着需要开发比「早期科学」阶段通常所需更多的原始奈米颗粒更进步的技术。幸运的是,纤维素形成可以组装的块状奈米棒。

De Volder解释说,更广泛的问题是挑战奈米科学家从试管到现实的先进薄膜制作,并且需要非常广泛的跨学科团队。

「除了我们在制作可以观察人们行走步态的变色胶片的功能性开发之外,这些光子薄膜胶片还可以用于监控桥梁、钞票安全甚至变色衣服等工程结构。」De Volder还总结了团队更广泛的希望:「我们希望这个范例能够激发业界寻求创造更多光子奈米材料,并引发更多的科学兴趣来解决关键的制造挑战。」

团队正向前迈进致力于一项新的开发,旨在建立庞大的、软性的、建筑规模的显示屏幕。这种「变色壁纸」的创造可能很快就会出现,透过新的方式将低成本的可永续材料透过卷对卷技术整合到薄膜胶片中。

 

 

参考资料:

[1] David F. P. Pile “Nano goes big,” Nature Photonics volume 13, page 8 (2019)

https://www.nature.com/articles/s41566-018-0338-6

DOI: 10.1038/s41566-018-0338-6

[2] Hsin-Ling Liang, Mélanie M. Bay, Roberto Vadrucci, Charles H. Barty-King, Jialong Peng, Jeremy J. Baumberg, Michael F. L. De Volder, Silvia Vignolini, “Roll-to-roll fabrication of touch-responsive cellulose photonic laminates,” Nature Communications volume 9, Article number: 4632 (2018)

https://www.nature.com/articles/s41467-018-07048-6

DOI: 10.1038/s41467-018-07048-6

   
 
 
 
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