北京工业大学翟天瑞/梁宁宁团队综述：纳米压印光刻赋能高性能有机光电子器件

自1995年提出以来，纳米压印光刻(NIL)已发展成为有机光电子领域的关键纳米制造技术。其核心原理类似于“印章”，通过机械变形将模板上的微纳结构复制到有机材料上，突破了光学衍射极限和串行加工的限制。北京工业大学翟天瑞、梁宁宁等人系统综述了NIL在有机发光二极管(OLED)、有机太阳能电池(OPV)和有机场效应晶体管(OFET)中的最新进展。重点介绍了热压印、紫外压印和电化学压印三种主要技术及其物理机制，并深入探讨了NIL如何通过精确构筑光管理结构和控制分子结晶，实现器件效率的跨越式提升。文章还展示了NIL在低成本、大面积柔性制造、多功能集成以及新型材料体系(如钙钛矿、二维材料)中的应用潜力，最后展望了未来工业化应用中的挑战与机遇。

I NIL技术的“三重奏”：热、紫外与电化学压印

如图1所示，根据材料与能量来源的不同，NIL主要分为热压印(Thermal NIL)、紫外压印(UV-NIL)和电化学压印(E-NIL)。热压印适用于热塑性聚合物，通过加热软化材料实现图案转移，可精确控制结晶动力学获得高质量有机半导体微纳结构；紫外压印在室温下使用紫外光固化液态光刻胶，兼容高卷对卷工艺，适合大面积快速制造；电化学压印则利用电场诱导电毛细力驱动聚合物填充高深宽比模腔，避免机械压力损伤，为柔性、三维复杂结构的制备提供了新途径。这三种技术各具特色，共同构成NIL的完整工具箱。

图1. 纳米压印光刻技术分类及材料转变机制示意图。

II OLED：从光提取增强到超高分辨率显示

在OLED中，NIL通过构筑光子晶体、纳米光栅、微透镜阵列等结构，有效提取波导模式和表面等离子体激元所束缚的光，大幅提升外量子效率(图2)。例如，Xiang等人利用NIL在PET基底上制备了六边形银网格电极，结合蛾眼纳米结构，实现了72.4%的外量子效率和168.5 lm/W的功率效率。更进一步，Joo等人通过NIL制备了间距160–380 nm、直径80 nm的银超透镜阵列，实现了超过10,000 ppi的超高分辨率显示，为增强现实和虚拟现实微显示器奠定了技术基础。NIL还可用于制备电泵浦有机激光器，Yoshida等人通过NIL集成分布式反馈光栅，实现了室温下的电驱动激光出射。

图2. NIL提升OLED性能的机制与应用。

III OPV：精准光捕获与大面积柔性集成

在OPV中，NIL可用于图案化电极、电荷传输层或活性层，增强光吸收并优化电荷输运(图3)。van de Groep等人采用软压印技术制备了银纳米线网络，实现方阻8.7 Ω/sq、透过率87%，在弱吸收区量子效率提升1.7倍。Fan等人基于NIL构筑的柱状微腔结构，结合n型掺杂调控分子结晶，获得了19.11%的能量转换效率，并成功制备了5 cm2的柔性组件，效率达15.2%，预估寿命约23年。Park等人在超薄柔性基底上制备纳米光栅，实现自供能有机电化学晶体管，用于心脏信号检测，信噪比达40.02 dB，展示了NIL在生物医学电子中的巨大潜力。

图3. NIL提升OPV性能的策略与应用。

IV OFET：分子有序排列与高性能传感

在OFET中，NIL可通过空间限域诱导聚合物半导体(如P3HT)链取向，增强π-π堆叠，从而提升载流子迁移率(图4)。Aryal等人利用热压印在高于玻璃化转变温度下实现了P3HT纳米沟道中的分子有序排列，为OFET性能优化提供了新方法。Wang等人采用NIL制备了具有微金字塔结构的PDMS弹性体，结合金电极层压形成压力传感器，灵敏度高达514 kPa?1，响应时间短至1.8 ms，可检测脉搏信号并实现大面积压力分布成像。Li等人通过无残留NIL技术实现了高质量有机半导体微纳晶体图案化，载流子迁移率提升1.5倍，器件间差异仅2.12%，为大规模集成电路提供了可靠平台。

图4. NIL优化OFET性能的机制与应用。

梁宁宁

本文通讯作者

北京工业大学 教授

▍主要研究领域

(1)有机半导体光电材料及功能器件；(2)光学微腔效应在有机光电器件中的应用；(3)有机半导体激发态动力学的研究。

▍主要研究成果

北京工业大学教授、博士生导师。长期从事有机半导体光电器件方面的研究，致力于有机光电器件的光学特性和电学、热学性能的统筹管理，实现有机光电子器件的多功能集成及发光特性的多元调控。主持国家自然科学基金面上项目/青年项目等，以第一/通讯作者在Nat. Commun., Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.等期刊上发表研究论文20余篇。2024年入选北京市科技新星，目前担任北京交叉科学学会理事、Nano-Micro Letters期刊青年编委、Science Reports等期刊客座编辑等。

▍Email：liangnn2020@bjut.edu.cn

翟天瑞

本文通讯作者

北京工业大学 教授

▍主要研究领域

微结构激光器

▍主要研究成果

北京工业大学副校长、教授、博士生导师。现任北京光学学会理事长、中国光学学会副秘书长、北京交叉科学学会监事长。从事微纳光电子器件研究，主持国家重点研发、国家高层次人才计划等项目20余项。发表SCI论文200余篇，授权发明专利10余项。

▍Email：trzhai@bjut.edu.cn

撰稿：原文作者

编辑：《纳微快报(英文)》编辑部

往期推荐

多功能摩擦电电子皮肤最新突破！全印刷、可扩展、可拉伸

柔性电子皮肤再突破！超快速导汗！

柔性可穿戴顶刊速递！仿生异质气凝胶纤维的液输增强设计助力能量收集

清华张莹莹教授智能纤维最新突破！纤维基微电路

新年开篇AM！柔性热电薄膜用于自供电健康监测

柔性生物电子最新Nature子刊！可编程/可吸收电化学微针传感器阵列用于健康监测

视频号：##柔性电子那些事