Banebrydende blækopdagelse kan transformere produktionen af ​​nye laser- og optoelektroniske enheder

Et banebrydende 'opskrift' til inkjet -udskrivning, som kunne muliggøre fremstilling i høj volumen af ​​næste generations laser- og optoelektroniske teknologier, er blevet afdækket af Cambridge -forskere.

Forskningen, ledet af Dr Tawfique Hasan, fra Cambridge Graphene Center, University of Cambridge, fandt ud af, at sort fosfor (BP) -blæk-et unikt todimensionalt materiale, der ligner grafen-er kompatibelt med konventionelle inkjetprintteknikker, muliggøre-for første gang-skalerbar masseproduktion af BP-baserede laser- og optoelektroniske enheder.

Et tværfagligt team af forskere fra Cambridge samt Imperial College London, Aalto Universitet, Beihang Universitet, og Zhejiang University, omhyggeligt optimeret den kemiske sammensætning af BP for at opnå en stabil blæk gennem balancen mellem komplekse og konkurrerende fluidiske effekter. Dette muliggjorde produktion af nye funktionelle laser- og optoelektroniske enheder ved hjælp af højhastighedsudskrivning.

På grund af BP blækket tørrer hurtigt, den endelige udskriftskvalitet på de fremstillede enheder - en laser og en fotodetektor - er af høj kvalitet og ensartethed, og så godt som hvad du ville forvente af udskrivning af et fotografi på papir.

Forskningen med titlen Sort fosforblækformulering til inkjetudskrivning af optoelektronik og fotonik er blevet offentliggjort i dag i Naturkommunikation og blev finansieret af Royal Academy of Engineering og Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC).

BP indeholder nyttige egenskaber til elektroniske og optoelektroniske enheder, herunder et halvlederbåndgab, der kan dække det synlige og nær-infrarøde område af det elektromagnetiske spektrum.

Hr. Guohua Hu, hovedforfatteren, sagde:"Vores blækformulering muliggør meget ensartet inkjetprint, der ikke nedbrydes i omgivelserne, bringe store arrays af 2D-materialebaserede lyssensorer tættere på virkeligheden.

"Formuleringen repræsenterer en betydelig videnskabelig og teknisk præstation med hensyn til brug af dette BP -materiale til fremtidige applikationer. Den funktionelle blæk, indeholdende meget små 'flager' af BP, giver os mulighed for at udskrive på en lang række forskellige underlag, herunder plast, som forbliver stabil i en længere periode. "

Professor Meng Zhang fra Beihang University ledede arbejdet med at udskrive BP-baserede ikke-lineære optiske enheder, der let kan indsættes i lasere for at fungere som ultrahurtige optiske skodder.

En kontinuerlig laserstråle omdannes til en gentagende serie af meget korte lysudbrud (eller pulser), som er særdeles velegnet til industrielle og medicinske anvendelser, for eksempel, bearbejdning, boring, billeddannelse og sansning.

"Vores ikke-lineære optiske enhedsdesign ved hjælp af BP opnår en betydeligt bedre ydeevne og driftsstabilitet end nogen anden tidligere demonstration, "sagde professor Zhang.

"Det er derfor, vores blæk 'opskrift' ved hjælp af BP markerer et betydeligt skridt i retning mod nye fotoniske enheder og arkitekturer, der bruger et så nyt materiale."

Som en del af forskningen, teamet demonstrerede også BPs evne til at fungere som en effektiv og meget lydhør lysdetektor, at udvide bølgelængdeområdet ud over, hvad der i øjeblikket opnås ved konventionelle siliciumbaserede fotodetektorer.

Dr Hasan, der leder forskningsgruppen Hybrid Nanomaterials Engineering, tilføjede:"BP er et særligt interessant post-grafenmateriale, der giver mange muligheder for nye laser- og optoelektroniske enheder. Alligevel trods dets bemærkelsesværdige ydeevne i laboratoriet, praktisk udnyttelse af denne unikke grafenlignende krystal i den virkelige verden er blevet forhindret af kompleks materialefremstilling og dens dårlige miljøstabilitet. Men vores gennembrud inden for BP-blæk vil ændre alt dette, og selve blækket kan problemfrit integreres med eksisterende gratis metaloxid-halvlederteknologier (CMOS). "