在曲面上印刷电子产品;高效光学梳;光合作用光电探测器。
北卡罗莱纳州立大学的研究人员展示了一种新技术印刷电子电路在弯曲和波纹表面上。他们已经利用这项技术制造出了“智能”隐形眼镜、压敏乳胶手套和透明电极的原型。
北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程教授Yong Zhu说:“目前有许多使用各种材料制造印刷电子产品的现有技术，但存在局限性。”“一个挑战是，现有技术需要在用于打印电路的‘墨水’中使用聚合物粘合剂。这会损害电路的导电性，所以你必须在打印后加入一个额外的步骤来去除这些粘合剂。第二个挑战是，这些打印技术通常需要在平面上打印，但许多应用需要的表面并不平坦。”
“我们已经开发出一种不需要粘合剂的技术，使我们能够在各种曲线表面上打印，”北卡罗来纳州立大学的博士生刘宇轩(音)说。“它还允许我们将电路打印成具有均匀厚度的网格结构。”
新技术的第一步是为相关应用程序创建一个模板，其中包含特定的微尺度凹槽模式。然后，该模板被用于在一层弹性聚合物薄膜上复制该图案。然后，研究人员将这种聚合物薄膜附着在相关的基材上，基材可以是平面的，也可以是弯曲的。在这一点上，聚合物中的微小凹槽被含有银纳米线的液体溶液填充。溶液在室温下干燥，留下一种柔软材料中的银纳米线，具有所需的形状和电路模式。
为了演示该技术，研究人员创建了三个概念验证原型。其中一种是内置电路的“智能”隐形眼镜，可以用来测量眼睛的流体压力，这与一些生物医学应用有关。一种是一种灵活透明的电极，其电路以网格模式印刷，可用于太阳能电池或触摸屏。第三种是印有压力传感器电路的乳胶手套，在机器人和人机界面应用中有应用。
“我们认为，在制造方面，这可以很容易地扩大规模，”朱说。“我们愿意与有兴趣探索这项技术潜力的行业进行交流。”
哈佛大学的研究人员开发了一种电光频率梳它的效率是以前最先进版本的100倍，带宽是以前最先进版本的两倍多。
“我们的设备为实用的光学频率梳状发生器铺平了道路，并为新应用打开了大门，”哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的电气工程教授Marko lonvar说。“它还为研究光学物理的新领域提供了一个平台。”
2019年，lonlar和他的实验室展示了一种稳定的片上频率梳，可以用微波控制。这种光电频率梳建立在铌酸锂平台上，跨越了整个电信带宽，但效率有限。2021年，该团队开发了一种耦合谐振器装置来控制光的流动，并使用它来演示芯片上的移频器——一种可以以接近100%的效率改变光的颜色的装置。最新的研究将这两个概念应用于解决谐振腔电光频率梳的问题——效率-带宽的权衡。
“我们证明，通过结合这两种方法——耦合谐振器与光电频率梳——我们可以在不牺牲带宽的情况下大大提高效率。事实上，我们实际上提高了带宽，”SEAS的研究助理胡耀文说。
“我们发现，当你将梳状源的性能提高到这个水平时，设备开始以一种全新的方式运行，将电光频率梳的生成过程与更传统的克尔频率梳的方法相结合，”前SEAS博士后，现为南加州大学助理教授的Mengjie Yu说。
这种新型梳状结构可以产生高功率的超快飞秒脉冲。该器件具有高效、宽带的特点，可用于天文、光学计算、测距和光学计量等领域。
来自密歇根大学的研究人员开发了一种新型的高效的光电探测器灵感来源于植物将阳光转化为能量的光合复合体。
密歇根大学的斯蒂芬·福雷斯特说:“我们的设备结合了光能的远程传输和电流的远程转换。”“这种结构类似于在植物中看到的结构，有可能大大提高太阳能电池的发电效率，太阳能电池使用类似光电探测器的设备将阳光转化为能量。”
该团队能够在有机薄膜中产生极化激元。福雷斯特说:“极化子将分子激发态与光子结合在一起，使其具有类光和类物质的特性，从而允许长距离的能量传输和转换。”“这种光电探测器是基于极化激元的实用光电设备的首批演示之一。”
为了创建一个基于极化子的光电探测器，研究人员必须设计结构，允许极化子在有机半导体薄膜中长距离传播。他们还必须弄清楚如何将一个简单的有机探测器集成到传播区域中，以产生有效的极化激元到电荷的转换。
由于探测器的结构不同寻常，他们必须开发一种方法来精确量化结果，并将其置于传统探测器的背景下。
结果表明，新型光电探测器在将光转换为电流方面比同类硅光电二极管更有效。它还可以从约0.01毫米的区域收集光线2并在0.1 nm的距离上实现光到电流的转换。这个距离比光合复合体的能量传递距离大3个数量级。
研究人员发现了极化激元如何在单一镜子的开放结构中传播。新装置还首次测量了入射光子转换为极化激元的效率。
福雷斯特说:“我们的工作表明，极化激元除了是一门有趣的科学，还是一座有待发现的应用金矿。”“像我们这样的设备提供了一种不寻常的，可能是唯一的方法来理解极化激元的基本性质，并使尚未想象到的操纵光和电荷的方法成为可能。”
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