Grafen og relaterede materialer lover billigt, fleksible trykte kameraer

Dr Felice Torrisi, Universitetslektor i grafenteknologi, er blevet tildelt et Young International Researchers' Fellowship fra National Science Foundation of China for at se på, hvordan grafen og todimensionelle materialer kunne muliggøre trykte og fleksible øjne.

Visionen er at skabe en teknologi til billige fleksible kameraer, der kan printes eller stemples på plastik eller papir. "For eksempel kan det med tiden være muligt at indlejre disse trykte, fleksible optoelektroniske enheder i tøj, emballage, tapeter, plakater, berøringsskærme eller endda bygninger. Alle med en printer derhjemme vil være i stand til at printe deres eget "kunstige øje" og fysisk holde det til en fleksibel mobiltelefon," sagde Felice.

Målet med det 18 måneder lange projekt er at designe, udvikle og karakterisere inkjet-printede 2D krystal-baserede fleksible fotodetektorer og studere deres integration med kommerciel elektronik.

"Fotodetektorer er nødvendige i kameraer, bilapplikationer, sansning og telekommunikation, medicinsk udstyr og sikkerhed "siger han." Hvis disse kunne gøres fleksible, kunne de integreres i tøj, rullet op eller printet over enhver uregelmæssig overflade, hvilket væsentligt øger kvaliteten af ​​trykt og fleksibel elektronik."

Den nuværende generation af fleksible fotoaktive materialer, baseret på organiske polymerer har en langsom responstid (få millisekunder), som er for langsom til fotodetektering. Dette repræsenterer en stærk begrænsning for fleksibel elektronik i en lang række applikationer, fra aktive matrixskærme til ultrahurtige lysdetektorer og gassensorer. Desuden lider organiske polymerer af kemisk ustabilitet ved stueforhold (temperatur og tryk), hvilket kræver ekstra beskyttende lag eller speciel håndtering af de udskrevne enheder, fører til en stigning i omkostningerne.

Graphene, den ultimative tynde membran sammen med en bred vifte af todimensionale (2D) -krystaller (f.eks. sekskantet bornitrid (h-BN), molybdændisulfid (MoS2) og wolframdisulfid (WS2)), har radikalt ændret landskabet for videnskab og teknologi med attraktive fysiske egenskaber for (opto)elektronik, sansning, katalyse og energilagring. Disse 2D -krystaller kan eksfolieres fra lagdelte forbindelser. De lagdelte forbindelser kan være ledende, halvledende eller isolerende og deres elektroniske egenskaber afhænger af antallet af lag. For eksempel, grafen er meget ledende, fleksibel og gennemsigtig, og det er bedre end ledende polymerer med hensyn til omkostninger, stabilitet og ydeevne; der henviser til, at MoS2 er optisk aktiv, når den er reduceret til et enkelt 2D -lag, med en hurtig responstid og fremragende miljøstabilitet.

I 2012 blev lægen Felice Torrisi, Tawfique Hasan og professor Andrea Ferrari ved Cambridge Graphene Center opfandt en grafenblæk, som leder elektricitet og kan udskrives med en standard inkjetprinter. Det grafenbaserede blæk muliggør omkostningseffektive, trykt elektronik på plastik.

Felice forklarer:"Andre ledende blæk er lavet af ædle metaller såsom sølv, hvilket gør dem meget dyre at producere og forarbejde, hvorimod grafen både er billigt, miljøstabil, og kræver ikke meget behandling efter trykning".

"Vi brugte en simpel sonikering og centrifugeringsproces til at afsløre grafenpotentiale i blæk og belægning til trykt elektronik"

I løbet af de sidste to år har Dr Torrisi og teamet på Cambridge Graphene Center søgt at formulere et sæt blæk baseret på forskellige 2D -krystaller, opsætning af en ny platform for trykt elektronik. Felice siger:"Dette vil skabe et helt nyt sæt værktøjer til printbar elektronik med ledende, halvledende og isolerende egenskaber, med en hurtigere responstid, overgår det nuværende organiske halvledende blæk, muliggør udskrivning, fleksible fotodetektorer og muligvis baner vejen for trykte fleksible fotokameraer ".

"Når lys rammer en halvledende 2D -krystal (f.eks. MoS2), på grund af deres 2D -karakter, elektroner og huller genereres med en højere effektivitet end de nuværende fotodetektorer baseret på silicium"

Projektet, finansieret af National Natural Science Foundation of China, ser på, hvordan man designer trykte fleksible fotodetektorer baseret på grafen og 2D krystalblæk.

"Den optiske respons af de printede 2D krystal blæk, kombineret med deres fleksibilitet på plastsubstrat og miljøkompatibilitet, er vigtige fordele ved at forbedre fleksibel optoelektronik "