飞秒激光直写钙钛矿薄膜制备用于加密的微纳结构的方法与流程

本发明涉及微纳结构制备领域，具体涉及一种飞秒激光直写钙钛矿薄膜制备用于加密的微纳结构的方法。

背景技术：

1、近年来，金属卤化物钙钛矿(metal halide perovskites，以下简称mhps)在光电领域表现出优异的性能，这可归因于其优异的可调谐带隙特性、高缺陷容限和高光致发光量子产率。高精度微图案化是mhps在芯片、可调谐超表面和微型led等领域应用的基础。然而，与传统的半导体材料相比，空气稳定性和化学稳定性差是限制mhps广泛应用的主要制约因素，这给mhps的高精度图像化和器件稳定性的维持带来了很大的障碍。mhps的高精度和低成本图案化一直是一个尚未解决的紧迫问题。而普通光刻技术非常复杂，需要几种必要的化学试剂，而mhps无法使用大多数极性试剂，因此光刻技术不适合绘制mhps薄膜的图案。

2、超快激光直接写入(ultrafast laser direct writing，以下简称uldw)由于其简单的工作方式和广泛的材料适用性，是一种有效的微图像化方法。然而，图案结构的大小受到衍射极限的限制。突破衍射极限的方法有几种。双光子聚合uldw技术依赖于由功率密度接近阈值的飞秒激光器产生的光敏材料内部的非线性相互作用。因此，可以制造出尺寸远小于衍射极限的结构。然而，它只适用于有机光刻胶的图案。此外，uldw中的近场和远场光学技术是有效的，但它们涉及复杂的光学系统工程或对要加工的材料有严格的要求。虽然uldw对mhps薄膜的高精度纳米图像化寄予厚望，但目前还没有mhps薄膜高精度图像化的技术解决方案报道。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提出一种飞秒激光直写钙钛矿薄膜制备用于加密的微纳结构的方法，采用飞秒激光直写二维钙钛矿薄膜，实现微纳结构的形貌和尺寸调控，利用不同微纳结构的光学/荧光可见性的差异实现光学/荧光反演加密。通过精确的飞秒激光功率控制和诱导激光-等离子干涉效应，成功在二维钙钛矿薄膜上加工了高精度的形态可调的亚微米结构，其最小特征尺寸为47nm，远远超出了光学系统的衍射极限。

2、本发明的目的通过如下的技术方案来实现：

3、一种飞秒激光直写钙钛矿薄膜制备用于加密的微纳结构的方法，包括以下步骤：

4、步骤一：旋涂法制备二维钙钛矿薄膜；

5、步骤二：通过飞秒激光直写技术在所述二维钙钛矿薄膜上制备深径比为0.3-5且特征尺寸不大于1μm的微纳结构；根据所述微纳结构的不同形态与荧光或光学特征的对应关系，写入包含真实信息和干扰信息的图案进行加密。

6、进一步地，所述微纳结构的形态包括凸起的圆包状结构、孔洞结构、凸起状线列结构和狭缝结构。

7、进一步地，所述二维钙钛矿薄膜为(pea)2pbi4薄膜，采用单步旋涂法在镀有fto的玻璃衬底上制备得到。因为(pea)2pbi4薄膜在空气中性能最稳定。其他的二维钙钛矿薄膜也是可行的。

8、进一步地，所述步骤二采用飞秒激光直写装置来实现，所述飞秒激光直写装置包括激光器、光路系统、位移平台和控制系统，所述激光器的波长为1030nm，重复频率可调范围为1-1000khz，脉冲宽度为169fs～1ns；所述位移平台的位移误差不大于10nm。

9、进一步地，所述步骤二具体包括：

10、将所述激光器发出的激光通过所述光路系统和物镜聚焦在所述二维钙钛矿薄膜表面，进行所述微纳结构的写入，并通过所述位移平台控制所述二维钙钛矿薄膜移动；通过调整激光参数，实现对所述微纳结构的特征尺寸和深径比的控制，制备不同形态的微纳结构。

11、进一步地，所述光路系统包含两个旋转衰减器，以实现对入射激光能量的精确控制。

12、进一步地，所述激光器的脉冲宽度为169fs时，采用能量为1.5-3nj的激光单脉冲实现凸起的圆包状结构的加工；采用能量为4-8nj的单脉冲能量实现孔洞结构的加工；采用重复频率为1-50khz、单脉冲能量为1.4nj的激光参数加工超分辨的凸起状线列结构，x轴向位移速度为20-200μm/s；采用重复频率为1000khz、单脉冲能量为1.6-3nj的激光参数加工超分辨的狭缝结构，x轴向位移速度为0-100μm/s。

13、进一步地，飞秒激光写入包括划线方式和加工点阵方式。

14、本发明的有益效果如下：

15、1.采用本发明的方法制备得到的微纳结构为深径比为0.3-5且特征尺寸不大于1μm的微纳结构，体积小，集成度高，且微纳结构易于制备且稳定性较高；

16、2.本发明方法的信息写入方式采用飞秒激光直写技术，简单高效，且成本低廉。

17、3.采用本发明的方法制备得到的微纳结构，信息解码方式简单，不涉及任何化学过程，无需作用时间。

18、4.采用本发明的方法制备得到的微纳结构，微纳结构的多样性和可调性为光学/荧光信息的反演提供了多种模式，增强了加密强度和信息密度。

19、5.采用本发明的方法制备得到的微纳结构的多样性和可调性为光学/荧光信息的反演提供了多种模式，增强了加密强度和信息密度。

技术特征：

1.一种飞秒激光直写钙钛矿薄膜制备用于加密的微纳结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的飞秒激光直写钙钛矿薄膜制备用于加密的微纳结构的方法，其特征在于，所述微纳结构的形态包括凸起的圆包状结构、孔洞结构、凸起状线列结构和狭缝结构。

3.根据权利要求1所述的飞秒激光直写钙钛矿薄膜制备用于加密的微纳结构的方法，其特征在于，所述二维钙钛矿薄膜为(pea)2pbi4薄膜，采用单步旋涂法在镀有fto的玻璃衬底上制备得到。

4.根据权利要求1所述的飞秒激光直写钙钛矿薄膜制备用于加密的微纳结构的方法，其特征在于，所述步骤二采用飞秒激光直写装置来实现，所述飞秒激光直写装置包括激光器、光路系统、位移平台和控制系统，所述激光器的波长为1030nm，重复频率可调范围为1-1000khz，脉冲宽度为169fs～1ns；所述位移平台的位移误差不大于10nm。

5.根据权利要求4所述的飞秒激光直写钙钛矿薄膜制备用于加密的微纳结构的方法，其特征在于，所述步骤二具体包括：

6.根据权利要求5所述的飞秒激光直写钙钛矿薄膜制备用于加密的微纳结构的方法，其特征在于，所述光路系统包含两个旋转衰减器，以实现对入射激光能量的精确控制。

7.根据权利要求6所述的飞秒激光直写钙钛矿薄膜制备用于加密的微纳结构的方法，其特征在于，所述激光器的脉冲宽度为169fs时，采用能量为1.5-3nj的激光单脉冲实现凸起的圆包状结构的加工；采用能量为4-8nj的单脉冲能量实现孔洞结构的加工；采用重复频率为1-50khz、单脉冲能量为1.4nj的激光参数加工超分辨的凸起状线列结构，x轴向位移速度为20-200μm/s；采用重复频率为1000khz、单脉冲能量为1.6-3nj的激光参数加工超分辨的狭缝结构，x轴向位移速度为0-100μm/s。

8.根据权利要求5所述的飞秒激光直写钙钛矿薄膜制备用于加密的微纳结构的方法，其特征在于，飞秒激光写入包括划线方式和加工点阵方式。

技术总结本发明公开一种飞秒激光直写钙钛矿薄膜制备用于加密的微纳结构的方法，包括：旋涂法制备二维钙钛矿薄膜；通过飞秒激光直写技术在所述二维钙钛矿薄膜上制备深径比为0.3‑5且特征尺寸不大于1μm的微纳结构；根据所述微纳结构的不同形态与荧光或光学特征的对应关系，写入包含真实信息和干扰信息的图案进行加密。采用本发明的方法，通过调整飞秒激光脉冲的能量和脉冲数，能够灵活调整微纳结构展现的图案形态，实现高效荧光加密。另外，本发明的方法得到的微纳结构体积小，集成度高，且加密的微纳结构信息解码方式简单，不涉及任何化学过程，无需作用时间。微纳结构的多样性和可调性为光学/荧光信息的反演提供了多种模式，增强了加密强度和信息密度。技术研发人员：高凯,谭德志,陈晨端,吴佳佳受保护的技术使用者：之江实验室技术研发日：技术公布日：2024/9/26