寻找大规模生产紫外全息图的最佳条件

韩国浦项科技大学（POSTECH）的机械工程、化学工程和电气工程系教授Junsuk Rho，机械工程系博士生Hyunjung Kang和Nara Jeon，以及机械工程系博士生Dongkyo Oh成功进行了一项深入的定量分析，旨在确定制作紫外光超表面的理想印刷材料。他们的研究成果于4月22日发表在《微系统与纳米工程》期刊上。

超表面是一种超薄光学设备，具有控制光线到纳米厚度的显著能力。作为下一代显示、成像和生物传感技术的关键技术，超表面一直是研究的对象。其研究范围不仅限于可见光，还涉及红外和紫外光领域。

纳米压印光刻技术是超表面生产中的一种技术，类似于通过模具生成多个复制品的印章。这种创新技术承诺了超表面的经济实惠和大规模制造，为其商业可行性铺平了道路。然而，用作印刷材料的树脂存在一个缺点——低折射率，阻碍了有效的光线操控。为了解决这一挑战，研究人员正在积极探索纳米复合材料，将纳米粒子整合到树脂中以提高其折射率。然而，这种方法的效果取决于诸如纳米粒子类型和溶剂选择等各种因素，因此需要对最佳超表面性能进行系统分析。

在他们的研究中，该团队精心设计了实验，评估了纳米粒子浓度和溶剂选择对图案转移和紫外光元全息图的影响。具体来说，他们操纵了氧化锆（ZrO2）的浓度，这是一种以其在紫外光元全息图制作中的有效性而闻名的纳米复合材料，浓度范围从20%到90%。研究结果显示，最高的图案转移效率在80%的浓度水平上被达到。

此外，当将80%浓度的ZrO2与甲基异丁基酮、甲基乙基酮和丙酮等各种溶剂结合，用于实现元全息图时，紫外光谱（325纳米）的转换效率飙升，分别达到惊人的62.3%、51.4%和61.5%。这项研究通过建立了一个针对紫外领域特定定制的元全息图的最佳度量标准，标志着一个重要的里程碑，同时也开创了新纳米复合材料的发展。

浦项科技大学的Junsuk Rho教授表示：“使用二氧化钛（TiO2）和硅（Si）纳米复合材料代替ZrO2扩展了可见光和红外光的适用范围。”他表示期待，并指出：“我们未来的研究工作将专注于优化纳米复合材料的制备条件，从而推动光学超表面制造技术的进步、应用和扩展。”

这项研究得到了韩国国家研究基金会和科学与信息通信部的STEAM研究计划、RLRC计划和纳米材料源技术开发项目，韩国贸易、工业和能源部的炼金术项目，韩国工业技术评估规划院的N.EX.T IMPACT项目以及POSCO控股公司的支持。