基于非平衡载流子调控的光控浸润研究

The influence of light field on the wettability of the surface is a relatively new cross-cutting issue. On the one hand, many new basic physics problems are brought forward. On the other hand, due to its advantages of non-intervention, easy integration, and convenient operation, the photocontrol wetting will play an important role in industrial applications. However, the long wetting transition time has become the core obstacle of the practical application of the photocontrol wetting at the current stage, which is also the main challenge of the research of this method. Inspired by the p-n junction carrier theory, this project proposes a new research idea of direct driving wetting transition by photo-generated carriers. With the help of nano-p-n junction, the carriers are controlled to change the surface energy of the material to achieve the rapid response photocontrol wetting. Meanwhile, this high density nano-p-n junction interface is used as a model system to quantitatively study the physical mechanisms of the interplay between the geometric parameters of nanostructures, the diffusion and migration of photogenerated carriers, the dynamic reversible transformation of wettability, and the physical scaling law of laminar flow under lubrication approximation which contrlled by photogenerated carriers. This project provides a new research idea for photocontrol wetting, and provides experimental and theoretical basis for the photocontrol wetting which caused by photogenerated carriers. Meanwhile, it will significantly improve the performance of photocontrol wetting device.

光场与表面相互作用对浸润性质的影响是一个新的交叉课题，一方面引出了许多新的基础物理问题，另一方面由于光控浸润的非介入、易集成、方便操作等优势，将在工业应用中发挥重要的作用。然而当前过长的浸润性转变时间成为该方法实际应用的核心障碍，也是光控浸润研究的主要挑战。受半导体领域PN结载流子理论的启发，本项目提出以光生载流子直接驱动浸润性转变这一新研究思路，借助纳米PN结控制载流子定向迁移、扩散来改变材料表面能，从而实现一种新的快速光控浸润调节方法。同时以一种由高密度纳米PN结组成界面的复合结构为模型系统，定量研究复合纳米阵列的几何结构参数、光生载流子扩散及弱电场下的迁移与浸润动态可逆转变间的耦合物理机制，建立光生载流子调控的层流润滑近似下的物理标度律。本项目为光控浸润提供了新的研究思路，并为光生载流子驱动的光控浸润研究提供了实验与理论基础，同时实现光控浸润器件性能的大幅提升。

光场与表面相互作用对浸润性质的影响是一个新的交叉课题，一方面引出了许多新的基础物理问题，另一方面由于光控浸润的非介入、易集成、方便操作等优势，将在工业应用中发挥重要的作用。然而当前过长的浸润性转变时间成为该方法实际应用的核心障碍，也是光控浸润研究的主要挑战。受半导体领域PN结载流子理论的启发，本项目提出以光生载流子直接驱动浸润性转变这一新研究思路，借助纳米PN结控制载流子定向迁移、扩散来改变材料表面能，从而实现一种新的快速光控浸润调节方法。同时以一种由高密度纳米PN结组成界面的复合结构为模型系统，定量研究复合纳米阵列的几何结构参数、光生载流子扩散及弱电场下的迁移与浸润动态可逆转变间的耦合物理机制，建立光生载流子调控的层流润滑近似下的物理标度律。本项目为光控浸润提供了新的研究思路，并为光生载流子驱动的光控浸润研究提供了实验与理论基础，同时实现光控浸润器件性能的大幅提升。.项目至今已经系统研究有机相厚度，结晶度，载流子浓度，和负载电压对光控浸润响应速率的影响，有以下发现：1）微米级别的有机相厚度的改变无法有效作用光控浸润性；2）有机相结晶度提高可有效提升光控浸润效率，响应时间从10^2秒量级缩短至10^0秒；3）载流子浓度的提高可以实现低负载电压，或无负载电压下的光控浸润效果（接触角变化范围）；4）负载电压越大，光控浸润效果越显著，但存在一个饱和电压。5）同时，我们已经先一步进行下游应用（光控微流）准备工作，并研发出一种新的微管道内壁修饰纳米材料的方法。