黑磷製成的新型油墨：可用於噴墨列印光學器件！

導讀

最近，一個跨學科的國際科研小組開發出一種由類石墨烯材料組成的油墨，可用於噴墨印刷。這種新型黑磷油墨可兼容傳統的噴墨列印技術，製造光電設備和光學設備。

關鍵字

黑磷、石墨烯、光學

背景

石墨烯具有十分良好的強度、柔韌、導電、導熱、光學特性。2004年，諾沃肖洛夫和曼徹斯特大學物理學家安德烈-海姆成功從石墨中分離出石墨烯，證實它可以單獨存在，兩人因此獲得了諾貝爾物理學獎。

然而除石墨烯外，許多類似的二維材料在新型光子和光電子技術方面也有引人注目的應用。例如，黑磷就是一種非常讓人感興趣的「後石墨烯」納米材料，它非常適合作為新一代光學和光電材料。

儘管它在實驗室中表現出了優異特性，但是在現實世界中，對於這種材料的開發利用還是受到了複雜的材料製造技術和低劣的環境穩定性的限制。

創新

（圖片來源：劍橋大學）

最近，一個跨學科的國際科研小組開發一種由類石墨烯材料組成的油墨，可用於噴墨印刷。這種新型黑磷油墨可兼容傳統的噴墨列印技術，製造光電設備和光學設備。

這個國際科研小組的研究人員來自阿爾託大學、劍橋大學(英國)、倫敦帝國理工學院(英國)和北京航空航天大學(中國)。這項研究由芬蘭科學院、Tekes（芬蘭創新基金機構）、諾基亞基金會和歐盟委員會贊助。

技術

（圖片來源：劍橋大學）

科學家們優化了化學組成，通過複雜和競爭的射流效應的平衡，實現了一種穩定的油墨。這樣一來，通過具有卓越的印刷質量和一致性的噴墨印刷，生產新型功能化的光子和光電器件變得可能，如同在紙上印刷複雜的圖片或者照片。

研究人員展示了這項創新技術的優勢，該技術所用到的噴墨列印設備充分利用了黑磷的特性。黑磷的半導體能帶可以很容易地隨著原子層數的設計而變化，而且能夠覆蓋電磁光譜的可見光和近紅外區域。

（圖片來源：劍橋大學）

研究人員也演示了列印黑磷基的非線性光學器件，這種器件可以很容易地嵌入到激光器中，作為超快速的光閘，將連續的激光輻射光束轉化為重複的非常短的光爆發，從而適合工業和醫療方面的應用，例如加工、成像和感知。在這項研究中，黑磷也能夠作為一種高效和高靈敏的光線探測器，拓展傳統的硅基光電探測器可操作的波長範圍。

更重要的是，研究人員展示出黑磷油墨可以無縫地集成到現有的互補金屬氧化物半導體（CMOS）技術中，而噴墨列印技術可支持異質結構材料的製造。

價值

芬蘭阿爾託大學的教授 Zhipei Sun 教授表示：

「我們的噴墨列印技術演示，首次讓黑磷基的光子和光電器件的大規模量產變得可能，而且這些器件具有各種工業應用所需的長期穩定性。」

參考資料

【1】http://www.aalto.fi/en/current/news/2017-08-17-005/

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