化学学报 ›› 2025, Vol. 83 ›› Issue (10): 1267-1284.DOI: 10.6023/A25050189 上一篇    下一篇

综述

液桥限域长程有序组装及其光电应用

孟子博a, 张超a, 高寒飞a,*(), 文雯a,*(), 吴雨辰a,b,*()   

  1. a 中国科学技术大学 苏州高等研究院 仿生界面材料科学全国重点实验室 江苏苏州 215123
    b 中国科学院理化技术研究所 仿生材料与界面科学重点实验室 北京 100190
  • 投稿日期:2025-05-26 发布日期:2025-07-21
  • 通讯作者: 高寒飞, 文雯, 吴雨辰
  • 作者简介:

    孟子博, 2024年7月于苏州大学获得工学学士学位,同年进入中国科学技术大学攻读硕士学位.

    张超, 2021年7月于东北电力大学毕业, 现为中国科学技术大学化学与材料学院物理化学系博士研究生.

    高寒飞, 中国科学技术大学苏州高等研究院特任研究员, 博士生导师, 主要从事特殊浸润性界面诱导微纳米粒子图案化组装及相关光电应用研究. 先后获得中国科学院院长优秀奖、北京市优秀毕业生、中国科学院朱李月华奖学金等. 共发表SCI论文61篇, 其中第一作者(含共同一作)及通讯作者论文共29篇, 包括Nat. Commun. 2篇, Adv. Mater. 2篇, Matter 1篇, Adv. Funct. Mater. 6篇等, 申请发明专利8项(目前已授权1项), 作为负责人承担国家自然科学基金委青年科学基金等国家级科研项目2项.

    文雯, 中国科学技术大学苏州高等研究院特任研究员, 博士生导师. 2019年6月于中国科学院大学国家纳米科学中心获理学博士学位. 博士毕业后于国家纳米科学中心和新加坡南洋理工大学从事博士后研究工作. 2024年9月加入中国科学技术大学苏州高等研究院开展工作, 主要研究方向为半导体纳米制造与纳米光子学. 在国际综合和专业期刊已发表论文34篇, 其中近年来, 以第一/共一作者发表SCI论文14篇, 包括PRL, Advanced Materials, Nano Letters, Small等.

    吴雨辰, 中国科学院理化技术研究所研究员, 博士生导师. 2016年于中国科学院化学研究所获物理化学博士学位. 长期从事液相微纳制造技术及微纳功能器件研究, 基于界面限域效应提出液桥限域组装方法, 共发表SCI论文114篇, 以第一/通讯作者在Nat. Nanotechnol., Nat. Electron., Nat. Commun., Sci. Adv., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater.等国际期刊发表论文66篇, H因子37, 并受邀在Acc. Chem. Res., J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater.等期刊撰写综述和前瞻论文, 申请国家发明专利30项, 授权11项. 曾获基金委杰出青年科学基金、中国化学会青年化学奖、中国化学会纳米化学新锐奖、中国科学院青促会优秀会员、中国科学院院长特别奖等. 相关研究成果被Nature, Nature Electronics等杂志进行专题报道. 担任中国化学会奖励推荐委员会委员、Wiley旗下《SmartMat》编委、《高等学校化学学报》编委等.

    “中国青年化学家”专辑.

  • 基金资助:
    国家重点研究发展计划(2024YFB3612800); 国家自然科学基金(T2425026); 国家自然科学基金(22205077); 国家自然科学基金(52173190); 国家自然科学基金(62234006); 中国科学院青年创新促进会(2018034)

Liquid-Bridge-Confined Long-Range-Ordered Assembly and Optoelectronic Applications

Zibo Menga, Chao Zhanga, Hanfei Gaoa,*(), Wen Wena,*(), Yuchen Wua,b,*()   

  1. a State Key Laboratory of Bioinspired Interfacial Materials Science, Suzhou Institute for Advanced Research, University of Science and Technology of China, Suzhou, Jiangsu, 215123
    b Key Laboratory of Bio-inspired Materials and Interfacial Science, Technical Institute of Physics and Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190
  • Received:2025-05-26 Published:2025-07-21
  • Contact: Hanfei Gao, Wen Wen, Yuchen Wu
  • About author:

    For the VSI “Rising Stars in Chemistry”.

  • Supported by:
    National Key Research and Development Program of China(2024YFB3612800); National Natural Science Foundation of China(T2425026); National Natural Science Foundation of China(22205077); National Natural Science Foundation of China(52173190); National Natural Science Foundation of China(62234006); Youth Innovation Promotion Association CAS(2018034)

微纳制造技术作为材料与功能器件的关键桥梁, 在信息技术、柔性电子等领域具有重要应用. 传统互补金属氧化物半导体(Complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS)工艺受限于刻蚀和高温等苛刻条件, 难以满足新型材料的加工需求. 液相法虽具条件温和的优势, 但需解决宏观均匀性、微观精度及材料有序组装等多重挑战. 基于此, 超浸润界面调控的液桥限域组装技术通过精准操控微流体定向输运与材料单元有序排列, 为跨尺度制造提供了新范式. 此文系统阐释了液桥限域组装的动力学机制, 揭示了超浸润表面对三相接触线及液桥结构的调控规律. 该技术基于限域效应实现了有机分子、聚合物、量子点和微米粒子等跨尺度溶液加工材料的高精度图案化与长程有序组装. 此文还深入探讨了材料长程有序组装对于光学、光电子学与微电子学器件性能提升和功能拓展等方面的贡献, 并依次介绍了液桥限域组装技术在微激光器阵列、激光-波导耦合器件、量子点发光二极管、偏振光探测与方位识别、柔性可穿戴器件等前沿领域中的最新进展. 最后, 总结了液桥限域组装在多材料体系和复杂基底上的普适性与图案可控性, 展望了其在光子集成、可穿戴器件及量子信息等领域的进一步发展方向.

关键词: 液桥限域, 超浸润界面, 长程有序组装, 光电应用

Micro/nano-fabrication technology, as a critical bridge between materials and functional devices, holds significant applications in information technology and flexible electronics. Conventional complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) processes are constrained by harsh conditions such as etching and high-temperature treatments, thus facing challenges in processing emerging materials. Solution-based methods offer mild processing, yet navigating the trade-offs between macroscopic size uniformity, microscopic position precision, and ordered material assembly. Addressing these limitations, the liquid-bridge-confined assembly strategy enabled by superwetting interface engineering has emerged as a novel paradigm for cross-scale manufacturing through precise manipulation of microfluidic directional transport and ordered assembly of material units. This review systematically elucidates the dynamic mechanisms underlying liquid-bridge-confined assembly, revealing fundamental principles governing the regulation of three-phase contact lines and liquid bridge architectures through superwetting surface design. The technology demonstrates exceptional capability in high-precision patterning and long-range ordered assembly of solution-processable materials spanning organic molecules, polymers, quantum dots, and microparticles via confinement effects. Furthermore, the review critically examines how long-range order of material architectures enhance device performance and functional diversification in optoelectronics and microelectronics, exemplified by recent advancements in: (1) microlaser arrays with controlled mode coupling, (2) laser-waveguide coupling devices, (3) quantum dot light-emitting diodes (QLEDs), (4) polarization-sensitive photodetectors, and (5) flexible wearable systems. Finally, the review concludes by highlighting the universal applicability of liquid-bridge-confined assembly across multi-material systems and complex substrates, while outlining future directions in photonic integration, wearable biotechnology, and quantum information processing through programmable interfacial engineering.

Key words: liquid bridge confinement, superwetting interfaces, long-range ordered assembly, optoelectronic applications