非可展曲面光電器件可通過特定結構識別光信號的空間特征，并應用于仿生、光學成像及新型信息設備。相比需復雜輔助系統的平面器件，其額外維度（z軸）的調控能力可提升空間變化靈敏度，減少精密光學元件需求，促進信息系統小型化。現有技術主要通過對柔性平面器件變形實現非可展結構，但傳統變形工藝會引入殘余應力，且難以適配精密幾何構型。盡管曲面電極和電路可通過特殊技術制備，但因曲面均勻半導體薄膜生長困難，直接集成光電陣列仍具挑戰性，目前僅見少數半球形器件報道。因此，亟需開發適用于任意非可展結構的光電陣列集成方法。

針對以上難題，蘇州大學李亮教授團隊在《Nature Materials》上發表了題為“Direct integration of optoelectronic arrays with arbitrary non-developable structures"的論文，報道了一種自組裝鈣鈦礦策略，用于將光電陣列直接集成到任意非可展曲面結構上。該策略通過利用碘化鉛溶液的低能波動驅動快速成核主導的結晶過程，使流體前驅體憑借表面張力沿非可展基底均勻分散，再通過氣體調控自組裝成致密薄膜。

該方法可覆蓋三維尺度跨越106數量級的任意形狀基底，并以微米級精度實現光電二極管陣列的結構調控。作為概念驗證，作者將單透鏡成像系統的理論焦面制作為非可展曲面傳感器，相較于平面或半球形傳感器，有效校正了離軸彗形像差。研究中的波紋狀模型、半球形與焦平面基底均是采用摩方精密面投影微立體光刻（PμSL）技術（microArch® S230，精度：2 μm）制備而成，成功將單透鏡系統的焦面實體化，并原位集成了光電成像陣列。

圖1：鈣鈦礦薄膜在不可展基底上的自組裝。（a–c）（i）PbI2與（ii）PbI2/MAI鈣鈦礦前驅體系的光學顯微鏡圖像（a）、成核密度/裸露面積隨時間變化（b）及結晶過程示意圖（c）。（d）在直徑2 cm的半球形石英基底上沉積MPI薄膜的演示；左側縱向排列的示意圖展示沉積四階段，右側水平排列的插圖為各階段間連續薄膜變化的光學顯微鏡觀察。（e）涂覆MPI薄膜前后玻璃球對比。（f）開放環境中PbI2與MA氣體反應的化學方程式。（g）純化循環及其對應的化學組成變化。

圖2：鈣鈦礦在多種空間結構基底上的沉積。（a）不規則凸起包覆過程示意圖；下方為MPI包覆凸起的光學圖及凹陷區局部放大圖。（b）涂覆MPI的微型探針圖像；放大插圖為白框區域C、N、I、Pb的能譜面分布結果。（c）螺絲、透鏡及中國古代塔模型涂覆MPI后的照片。（d）波紋狀模型設計，通過3D打印技術在黃色光敏樹脂中實現；右側為模型涂覆MPI前后對比。（e）（f）裸基底（僅ITO導電層）（e）與包覆的3D打印層狀紋理（f）對比；白框內插圖標尺100 nm。（g）更多被MPI薄膜包覆的空間結構展示，包括金字塔陣列、線陣列及球面線陣列復合結構。（h）上述模型的光學顯微鏡（左）與SEM（右）細節圖。（i）（j）波紋模型峰位（i）與谷位（j）處鈣鈦礦形貌圖。

圖3：在波紋基底上集成光電陣列。（a）波紋基底及其匹配的下層掩模（掩模A）與上層掩模（掩模B）。（b）在波紋曲面集成光電陣列的步驟：（i）–（vii）逐層沉積過程；（viii）最終器件。（c）波紋交叉陣列的分層結構；下方為器件示意圖與實物圖。（d）波紋交叉陣列的空間分布，每黑點對應單個像素。（e）（f）波紋陣列在平行入射光下的暗信號與光信號分布（e）及對應統計（f）。（g）波紋陣列采集的“+"形光圖像。

圖4：基于單透鏡成像系統理論預測的傳感器。（a）單透鏡成像系統的像差示意圖。（b）3×3發光陣列及其經單透鏡在平面上的成像；紅色、橙色與藍色虛線分別標示中心、邊緣與角落圖像。（c）單透鏡擬合焦曲面。（d）利用3D打印技術獲得的半球形（i）與焦曲面（v）基底照片；（ii）–（iv）、（vi）–（viii）為兩種基底上3×3陣列在不同視角下的成像。（e）F器件示意圖及實物圖。（f）單像素響應信號（上）及掃描模式下交叉陣列響應（下）。（g）P、H與F器件捕獲的3×3陣列圖像。（h）三種傳感器中心（紅色）、邊緣（橙色）與角落（藍色）像素的歸一化輸出強度。（i）不同軸上（z）與軸外（y）位置預測rr.m.s.值的對比。

總結：該研究提出的自組裝鈣鈦礦策略滿足了非可展曲面應用的需求。研究發現單溶質碘化鉛溶液可通過低能波動驅動的快速成核主導結晶過程，在非可展基底上原位自組裝形成鈣鈦礦薄膜。該策略覆蓋了超過106數量級的三維尺度，適配任意復雜結構，并為非可展曲面光電器件提供了獨特的結構調控能力。通過集成理論傳感器優化單透鏡系統，成功校正了傳統平面或半球形傳感器的彗形像差。此策略推動了非可展曲面光電的結構工程設計，有望促進仿生電子學等跨學科領域的發展。